塑料降解|化学回收打破塑料循环“魔咒”
采访人员 李惠钰
台风“烟花”过后 ， 大量“白色垃圾”被海洋“吐”在了上海的江堤上 ， 成堆的塑料泡沫、塑料袋、矿泉水瓶……让原本美丽的滨江森林公园一夜之间沦为垃圾场 。
据统计 ， 全球每年约有480万~1270万吨塑料被排放到海洋 ， 并随着洋流扩散到世界各地 ， 有的还会沉到海底最深处 ， 甚至是马里亚纳海沟 。
面对这一全球污染危机 ， 开发新方法实现塑料回收和升级再造 ， 成为当下研究热点 。近日 ， 国内外几个重磅进展的接连发布 ， 为塑料循环经济带来曙光 。
8月13日 ， 美国康奈尔大学高分子化学家Geoffrey W. Coates课题组在《科学》发文 ， 他们以溴化铟为催化剂 ， 将聚缩醛塑料定量转化为单体 ， 实现了塑料的闭环回收 。
8月18日 ， 清华大学化学系副教授段昊泓课题组在《自然—通讯》发文 ， 他们使用储量丰富的金属基催化剂 ， 将生活中常见的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）塑料 ， 升级转化为价值更高的化学材料和氢燃料 。
多项研究表明 ， 在催化技术的推动下 ， 化学回收有望打破塑料循环“魔咒” ， 让数以亿吨的“白色垃圾”变废为宝 。
塑料回收 催化有方
塑料是以单体为原料 ， 通过加聚或缩聚反应聚合而成的高分子化合物 。中国科学院长春应用化学研究所研究员王献红告诉《中国科学报》 ， 目前废弃塑料的处理方式主要是焚烧、填埋 ， 只有极少部分（低于10%）采用回收后物理或化学处理 。物理处理只能以牺牲产品性能为代价降级使用 ， 而绝大多数化学处理效率则很低 ， 缺乏大规模应用的竞争力 。
王献红对采访人员表示 ， 为解决废弃塑料的再利用问题 ， 一个新的概念迅速得到全世界高分子科学界的关注 ， 该方法通过设计特定的单体合成高分子材料 ， 再将其直接转化为原单体 ， 从而实现资源循环和同级使用 。
Coates课题组采用的就是这种方法 。在论文中 ， 他们提出了一种“可逆钝化阳离子开环聚合”策略 ， 以溴化铟为催化剂、卤代甲基醚为引发剂 ， 在质子捕捉剂（大位阻有机碱）下 ， 成功得到分子量高达22万的聚缩醛 ， 其力学性能媲美商业化聚烯烃 ， 且具有高达98%的单体（1,3—二氧环戊烷）回收率 。
“聚缩醛通常采用阳离子聚合方法得到 ， 但是分子量较低（< 2万） ， 因此聚缩醛的力学性能很差 ， 无法实际应用 。Coates课题组能够将高分子量聚缩醛定量转化为单体 ， 为废弃塑料的化学利用带来了曙光 。”王献红评价道 。
对于塑料的化学回收 ， 除了直接转化回单体 ， 还可以将其升级再造 ， 段昊泓课题组采取的路径就是后者 。他们使用地球储量丰富的镍基和钴基催化剂 ， 实现了高效升级回收高产物选择性 ， 使得产物容易分离 。经过电解和产物分离 ， PET塑料在室温下就可转化为价值更高的产品 ， 如二甲酸钾（常用于饲料）以及氢燃料 。
“从化学的角度 ， PET是一种聚酯塑料 ， 很容易通过水解得到它的单体 ， 但是单体的分离需要很高的成本 ， 这是限制其产业化的主要原因 。”论文第一作者、清华大学博士后周华告诉《中国科学报》 ， 他们将PET升级回收为化学材料和燃料 ， 也表明了以电化学升级回收策略清除塑料垃圾的潜力 。
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