Несмотря на растущее число экологических ограничений, черный полистирол продолжает использоваться в производстве одноразовой посуды и упаковки, например, для продуктов питания и крышек для стаканчиков для кофе. Из-за черного цвета его трудно перерабатывать — оптические сканеры на сортировочных линиях не распознают его. Это оборудование необходимо для разделения отходов по видам пластика перед дальнейшей переработкой.
Ранее ученые уже предлагали несколько решений для этой проблемы. Но даже если все изделия из черного полистирола можно будет автоматически сортировать, присутствие пигмента «сажи» в их составе помешает разрыву молекулярных связей традиционными методами. Эти связи можно разрушить, если нагреть черный полистирол в бескислородной среде. Но поддержание необходимой температуры свыше 300 °C при массовой переработке крайне энергозатратно.
Альтернативой могло бы стать фототермическое преобразование. Во время этого процесса специальное вещество, добавленное в пластик, поглощает свет и нагревает его в нужных местах. Однако такой подход сопряжен с дополнительными проблемами: это вспомогательное вещество может стать новым видом отхода, а также повлиять на свойства полистирола во время его эксплуатации.
Ученые из Корнелльского и Принстонского университетов решили выяснить, может ли технический углерод, уже содержащийся в пластике, служить вспомогательным соединением. В качестве синонима технического углерода иногда применяют термин «сажа». Однако техуглерод производится в промышленных масштабах, а сажа — углеродный продукт, полученный в неконтролируемых условиях.
Исследователи измельчили смесь неокрашенного полистирола и сажи в мелкий порошок, а затем поместили его в герметичный стеклянный флакон под мощные белые светодиодные лампы на полчаса. В результате частицы техуглерода нагревали частицы пластикового полистирола, молекулярно расщепляя их на жидкий стирол. Эти стиролы и восстановленные частицы сажи команда превратила обратно в твердый полистирол.
Затем ученые подвергли воздействию света мелкие фрагменты черных полистироловых контейнеров и крышек. В результате до 53% материала разложилось на стирол. При использовании более интенсивного сфокусированного солнечного света этот показатель увеличился до 80%. Более того, даже смесь черных, желтых, красных и бесцветных фрагментов полистирола полностью разлагалась под действием света благодаря пигменту в темных частицах. Скорость разложения составила 67%.
