塑料給人們?nèi)粘Ｉ顜?lái)諸多便利，但與日俱增的塑料廢棄物造成的環(huán)境污染也日益嚴(yán)重，如何經(jīng)濟(jì)、有效回收和利用塑料備受關(guān)注。
由中國(guó)清華大學(xué)化學(xué)系副教授、博士生導(dǎo)師段昊泓領(lǐng)銜科研團(tuán)隊(duì)最新研究提出一種以電化學(xué)升級(jí)回收塑料的可持續(xù)解決方案，可將塑料回收轉(zhuǎn)化為價(jià)值更高的化學(xué)材料和氫燃料，從而有助于管理塑料污染，并具有清除塑料垃圾變廢為寶的應(yīng)用潛力。這項(xiàng)“將塑料經(jīng)濟(jì)地升級(jí)回收為化學(xué)材料和燃料”的成果論文，北京時(shí)間17日夜間在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然-通訊》上線(xiàn)發(fā)表。
該科研團(tuán)隊(duì)通過(guò)使用地球儲(chǔ)量豐富的鎳基和鈷基催化劑，在室溫下促進(jìn)聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)塑料轉(zhuǎn)化為價(jià)值更高的產(chǎn)品。這種催化劑達(dá)成高效升級(jí)回收和高產(chǎn)物選擇性，使得產(chǎn)物容易分離。
經(jīng)過(guò)電解和產(chǎn)物分離，科研團(tuán)隊(duì)將1公斤固體塑料轉(zhuǎn)化為具有商業(yè)價(jià)值的固體化學(xué)物質(zhì)，如常用于飼料的二甲酸鉀以及氫氣燃料。與傳統(tǒng)的塑料升級(jí)回收技術(shù)通常需要高溫加熱、過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的混合產(chǎn)物且分離它們代價(jià)高昂相比，最新研究成果的應(yīng)用具有經(jīng)濟(jì)可行性，評(píng)估其升級(jí)回收1噸塑料垃圾的凈收入約350美元。
段昊泓通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接受中新社記者采訪(fǎng)介紹說(shuō)，PET塑料主要用途是飲料包裝和織物，如常見(jiàn)的礦泉水瓶等，也屬于白色污染的一種。目前，PET年產(chǎn)量為6500-7000萬(wàn)噸，約占總塑料產(chǎn)量的17%，僅次于聚乙烯。因此，針對(duì)廢棄PET塑料的升級(jí)回收是十分重要的科學(xué)和社會(huì)問(wèn)題。
科研團(tuán)隊(duì)通過(guò)研究和實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，PET的聚酯結(jié)構(gòu)使其可以很容易在堿性電解液中水解為對(duì)苯二甲酸和乙二醇，這一過(guò)程有望與電催化氧化裂解耦合，實(shí)現(xiàn)從PET制備高價(jià)值化學(xué)品。基于此，研究團(tuán)隊(duì)以二甲酸鉀作為終產(chǎn)物，降低分離成本并具有高附加值。
據(jù)了解，二甲酸鉀具有生物活性，能抑制大腸桿菌、沙門(mén)氏菌等有害微生物的繁殖，可以促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)，是一種被多個(gè)國(guó)家批準(zhǔn)用于替代動(dòng)物飼料抗生素的商業(yè)化學(xué)品。隨著中國(guó)采取立法手段禁止飼料添加抗生素，二甲酸鉀在國(guó)內(nèi)具有廣闊應(yīng)用前景。
“每一項(xiàng)科學(xué)技術(shù)從誕生到產(chǎn)業(yè)化都不是一蹴而就的。”段昊泓坦言，在最新研究工作中，科研團(tuán)隊(duì)首先證明PET塑料升級(jí)回收工藝的可行性，也意識(shí)到亟待解決的多個(gè)問(wèn)題：一是流動(dòng)電解池的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，這是從實(shí)驗(yàn)室規(guī)模邁向工業(yè)規(guī)模的關(guān)鍵步驟；二是分離純化工藝的優(yōu)化，通過(guò)提高產(chǎn)物收率進(jìn)而增加收益；三是高效催化劑的開(kāi)發(fā)，提高催化劑的選擇性，降低成本。“我們希望通過(guò)不斷地優(yōu)化催化劑、反應(yīng)器、工藝條件等，從而增益降本，最終實(shí)現(xiàn)廢棄塑料資源轉(zhuǎn)化的工業(yè)應(yīng)用”。
他透露，科研團(tuán)隊(duì)未來(lái)幾年的攻關(guān)目標(biāo)，包括合成高效催化劑、深入研究反應(yīng)機(jī)理、開(kāi)發(fā)新反應(yīng)路徑以及設(shè)計(jì)與優(yōu)化反應(yīng)器等方面。同時(shí)，還將積極與中外研究團(tuán)隊(duì)和相關(guān)企業(yè)建立合作關(guān)系，推進(jìn)PET塑料升級(jí)回收工藝的規(guī)模化應(yīng)用和長(zhǎng)期穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。
