臺風(fēng)“煙花”往后，大量“白色廢物”被海洋“吐”在了上海的江堤上，成堆的塑料泡沫、塑料袋、礦泉水瓶……讓原本美麗的濱江森林公園一夜之間淪為廢物場。
據(jù)統(tǒng)計，全球每年約有480萬~1270萬噸塑料被排放到海洋，并跟著洋流分散到各地，有的還會沉到海底最深處，乃至是馬里亞納海溝。
面臨這一全球污染危機(jī)，開發(fā)新辦法完成塑料收回和晉級再造，成為當(dāng)下研討熱門。近來，國內(nèi)外幾個重磅開展的連續(xù)發(fā)布，為塑料循環(huán)經(jīng)濟(jì)帶來曙光。
8月13日，美國康奈爾大學(xué)高分子化學(xué)家Geoffrey W. Coates課題組在《科學(xué)》發(fā)文，他們以溴化銦為催化劑，將聚縮醛塑料定量轉(zhuǎn)化為單體，完成了塑料的閉環(huán)收回。
8月18日，清華大學(xué)化學(xué)系副教授段昊泓課題組在《自然—通訊》發(fā)文，他們運用儲量豐富的金屬基催化劑，將生活中常見的聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）塑料，晉級轉(zhuǎn)化為價值更高的化學(xué)資料和氫燃料。
多項研討表明，在催化技能的推動下，化學(xué)收回有望打破塑料循環(huán)“魔咒”，讓數(shù)以億噸的“白色廢物”變廢為寶。
塑料收回 催化有方
塑料是以單體為質(zhì)料，經(jīng)過加聚或縮聚反應(yīng)聚合而成的高分子化合物。我國科學(xué)院長春運用化學(xué)研討所研討員獻(xiàn)紅告知《我國科學(xué)報》，現(xiàn)在拋棄塑料的處理方式主要是焚燒、填埋，只有很少部分（低于10%）選用收回后物理或化學(xué)處理。物理處理只能以獻(xiàn)身產(chǎn)品功能為價值降級運用，而絕大多數(shù)化學(xué)處理功率則很低，缺乏大規(guī)劃運用的競爭力。
獻(xiàn)紅對記者表明，為解決拋棄塑料的再運用問題，一個新的概念敏捷得到高分子科學(xué)界的重視，該辦法經(jīng)過規(guī)劃特定的單體組成高分子資料，再將其直接轉(zhuǎn)化為原單體，然后完成資源循環(huán)和同級運用。
Coates課題組選用的便是這種辦法。在論文中，他們提出了一種“可逆鈍化陽離子開環(huán)聚合”戰(zhàn)略，以溴化銦為催化劑、鹵代甲基醚為引發(fā)劑，在質(zhì)子捕捉劑（大位阻有機(jī)堿）下，成功得到分子量高達(dá)22萬的聚縮醛，其力學(xué)功能比美商業(yè)化聚烯烴，且具有高達(dá)98%的單體（1,3—二氧環(huán)戊烷）收回率。
“聚縮醛通常選用陽離子聚合辦法得到，可是分子量較低（< 2萬），因此聚縮醛的力學(xué)功能很差，無法實踐運用。Coates課題組能夠?qū)⒏叻肿恿烤劭s醛定量轉(zhuǎn)化為單體，為拋棄塑料的化學(xué)運用帶來了曙光?！鲍I(xiàn)紅評價道。
關(guān)于塑料的化學(xué)收回，除了直接轉(zhuǎn)化回單體，還能夠?qū)⑵鋾x級再造，段昊泓課題組采納的途徑便是后者。他們運用地球儲量豐富的鎳基和鈷基催化劑，完成了高效晉級收回高產(chǎn)品選擇性，使得產(chǎn)品簡單別離。經(jīng)過電解和產(chǎn)品別離，PET塑料在室溫下就可轉(zhuǎn)化為價值更高的產(chǎn)品，如二甲酸鉀（常用于飼料）以及氫燃料。
“從化學(xué)的視點，PET是一種聚酯塑料，很簡單經(jīng)過水解得到它的單體，可是單體的別離需求很高的本錢，這是約束其產(chǎn)業(yè)化的主要原因?！闭撐淖髡?、清華大學(xué)博士后周華告知《我國科學(xué)報》，他們將PET晉級收回為化學(xué)資料和燃料，也表明晰以電化學(xué)晉級收回戰(zhàn)略清除塑料廢物的潛力。
產(chǎn)業(yè)化仍存阻止
比較機(jī)械收回，化學(xué)收回重要的優(yōu)勢之一是能夠取得原始聚合物的質(zhì)量、更高的塑料收回率。不過，化學(xué)收回雖然能為循環(huán)塑料經(jīng)濟(jì)助一臂之力，但要想展開大規(guī)劃運用，每種辦法都存在各自的缺點。
將聚縮醛直接化學(xué)轉(zhuǎn)化回單體，單體來歷不確定便是一大問題。在獻(xiàn)紅看來，“1,3—二氧環(huán)戊烷是個特別單體，怎么完成百萬噸乃至千萬噸的制備依然有很大的不確定性。依然需求研討新單體的規(guī)劃，尤其是便于大規(guī)劃制備的單體”。
不僅如此，獻(xiàn)紅對記者表明，從資料功能視點而言，雖然聚縮醛在力學(xué)功能上比美聚烯烴，但其主鏈存在醚鍵（-OCH2CH2-，-OCH2-），因此抗氧化性、耐老化性都不如聚烯烴，一起耐溫性和抗蠕變性也遠(yuǎn)低于聚烯烴，大大約束了運用規(guī)劃。
此外，這種單體的收回工藝也十分雜亂。獻(xiàn)紅指出，Coates課題組的研討只是展示了聚縮醛能夠直接轉(zhuǎn)為單體這一特征，但其收回進(jìn)程需求在較高溫度（150℃）和有機(jī)強(qiáng)酸下進(jìn)行，這會增加對設(shè)備的腐蝕度，進(jìn)步收回本錢。因此，未來仍需求研討單體收回的環(huán)保方案，如嘗試在弱酸或不加酸的條件下收回。
我國塑料加工工業(yè)協(xié)會降解塑料專業(yè)委員會秘書長翁云宣向《我國科學(xué)報》剖析指出，在單體收回進(jìn)程中，多種聚合物乃至各種資料混合在一起，造成收回功率低的問題，這也會影響該技能的規(guī)劃化運用。此外，收回再運用后怎么降低本錢，也需求進(jìn)一步探索。
“任何一項技能從誕生到完成工業(yè)化都有一條綿長的途徑?！敝苋A告知記者，經(jīng)過電催化將拋棄PET塑料晉級再造，從試驗室規(guī)劃邁向工業(yè)規(guī)劃的一個關(guān)鍵在于活動反應(yīng)器的規(guī)劃和優(yōu)化。他們試驗進(jìn)程中運用的反應(yīng)器長處是拼裝方便，且易于做催化劑活性評價，但缺點是無法用于大規(guī)劃出產(chǎn)、造價高。
當(dāng)時，段昊泓課題組正在開發(fā)的新式無膜電堆具有本錢低、可規(guī)劃化等長處，已經(jīng)取得一些重要開展，且研討成果待宣布。他們希望經(jīng)過不斷優(yōu)化催化劑、反應(yīng)器、操作條件等，終究完成拋棄資源轉(zhuǎn)化的工業(yè)運用。
化學(xué)收回未來可期
塑料廢物不僅是一個全球性的污染問題，還是一種碳含量高、本錢低、可在全球規(guī)劃內(nèi)取得的質(zhì)料，循環(huán)經(jīng)濟(jì)也成為塑料職業(yè)未來的開展方向。在催化技能的推動下，化學(xué)收回展示出很好的經(jīng)濟(jì)前景。
周華表明，經(jīng)過工藝整合，進(jìn)步產(chǎn)品價值，使得塑料收回在經(jīng)濟(jì)上具有潛在可行性。開始估量，在商業(yè)相關(guān)電流密度下，每噸廢PET向上循環(huán)的凈收入約為350美元，展示了拋棄PET電催化向上循環(huán)轉(zhuǎn)化為二甲酸鉀、精對苯二甲酸和氫氣的經(jīng)濟(jì)潛力。
“二甲酸鉀具有生物活性，能抑制大腸桿菌、沙門氏菌等有害微生物的繁衍，能夠促進(jìn)動物成長，是一種抱負(fù)的非抗生素類飼料添加劑，可替代抗生素促成長劑?！敝苋A說，“跟著我國采納立法手法制止飼料添加抗生素，二甲酸鉀在國內(nèi)具有廣闊的運用場景?！?/span>
麥肯錫咨詢公司在一項研討中提出，到2030年，全球塑料的收回運用率有望進(jìn)步到50%?；瘜W(xué)收回的份額或許上升到17%左右，相當(dāng)于收回大約7400萬噸拋棄塑料。
現(xiàn)在，我國還有很多團(tuán)隊致力于研討塑料的化學(xué)收回技能，例如，我國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研討所研討員黃正團(tuán)隊選用銥合作物和氧化鐵復(fù)合催化劑，將聚乙烯高選擇性轉(zhuǎn)化為液態(tài)烷烴；北京大學(xué)教授李子臣團(tuán)隊規(guī)劃出系列苯并硫代己內(nèi)酯單體，在有機(jī)堿催化下可得到力學(xué)功能優(yōu)異的半結(jié)晶聚酯，該資料可直接進(jìn)行本體加熱（200℃）收回，單體收回率挨近定量（>98%）。
獻(xiàn)紅表明，對現(xiàn)有拋棄塑料的化學(xué)收回是現(xiàn)在很受重視的研討方向，其難點在于塑料制品通常是混合物，一起還有品種繁復(fù)、結(jié)構(gòu)雜亂的加工和改性助劑，會影響催化劑的活性和選擇性。
為此，他主張首先要規(guī)劃新式單體，開展新式聚合辦法，歸納改進(jìn)聚合物的熱力學(xué)功能，完成規(guī)劃運用。其次要規(guī)劃“方針需求型可降解高分子”，依據(jù)運用條件、環(huán)境的不同，規(guī)劃組成相應(yīng)“壽命”的資料。此外還要研討“高度耐受性、特異選擇性塑料降解”催化劑，簡化塑料收回進(jìn)程中的分揀、洗刷等后處理作業(yè)。
獻(xiàn)紅補(bǔ)充道，現(xiàn)在塑料收回再運用系統(tǒng)尚不完善，收回運用本錢昂揚(yáng)且附加值較低，為此開展生物降解高分子資料，有助于緩解塑料收回難題。
翁云宣主張，塑料要想完成可持續(xù)開展，在源頭上就要盡量運用可再生資源制作資料。周華也表明，要以替代化石資源的生物質(zhì)、二氧化碳及其衍生物為質(zhì)料制備塑料，新式可降解塑料是未來值得重視的研討方向。
聲明：轉(zhuǎn)載此圖文是出于傳遞更多信息之目的。若有來源標(biāo)注錯誤或侵犯了您的合法權(quán)益，請作者持權(quán)屬證明與本網(wǎng)聯(lián)系，我們將及時更正、刪除，謝謝。
據(jù)統(tǒng)計，全球每年約有480萬~1270萬噸塑料被排放到海洋，并跟著洋流分散到各地，有的還會沉到海底最深處，乃至是馬里亞納海溝。
面臨這一全球污染危機(jī)，開發(fā)新辦法完成塑料收回和晉級再造，成為當(dāng)下研討熱門。近來，國內(nèi)外幾個重磅開展的連續(xù)發(fā)布，為塑料循環(huán)經(jīng)濟(jì)帶來曙光。
8月13日，美國康奈爾大學(xué)高分子化學(xué)家Geoffrey W. Coates課題組在《科學(xué)》發(fā)文，他們以溴化銦為催化劑，將聚縮醛塑料定量轉(zhuǎn)化為單體，完成了塑料的閉環(huán)收回。
8月18日，清華大學(xué)化學(xué)系副教授段昊泓課題組在《自然—通訊》發(fā)文，他們運用儲量豐富的金屬基催化劑，將生活中常見的聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）塑料，晉級轉(zhuǎn)化為價值更高的化學(xué)資料和氫燃料。
多項研討表明，在催化技能的推動下，化學(xué)收回有望打破塑料循環(huán)“魔咒”，讓數(shù)以億噸的“白色廢物”變廢為寶。
塑料收回 催化有方
塑料是以單體為質(zhì)料，經(jīng)過加聚或縮聚反應(yīng)聚合而成的高分子化合物。我國科學(xué)院長春運用化學(xué)研討所研討員獻(xiàn)紅告知《我國科學(xué)報》，現(xiàn)在拋棄塑料的處理方式主要是焚燒、填埋，只有很少部分（低于10%）選用收回后物理或化學(xué)處理。物理處理只能以獻(xiàn)身產(chǎn)品功能為價值降級運用，而絕大多數(shù)化學(xué)處理功率則很低，缺乏大規(guī)劃運用的競爭力。
獻(xiàn)紅對記者表明，為解決拋棄塑料的再運用問題，一個新的概念敏捷得到高分子科學(xué)界的重視，該辦法經(jīng)過規(guī)劃特定的單體組成高分子資料，再將其直接轉(zhuǎn)化為原單體，然后完成資源循環(huán)和同級運用。
Coates課題組選用的便是這種辦法。在論文中，他們提出了一種“可逆鈍化陽離子開環(huán)聚合”戰(zhàn)略，以溴化銦為催化劑、鹵代甲基醚為引發(fā)劑，在質(zhì)子捕捉劑（大位阻有機(jī)堿）下，成功得到分子量高達(dá)22萬的聚縮醛，其力學(xué)功能比美商業(yè)化聚烯烴，且具有高達(dá)98%的單體（1,3—二氧環(huán)戊烷）收回率。
“聚縮醛通常選用陽離子聚合辦法得到，可是分子量較低（< 2萬），因此聚縮醛的力學(xué)功能很差，無法實踐運用。Coates課題組能夠?qū)⒏叻肿恿烤劭s醛定量轉(zhuǎn)化為單體，為拋棄塑料的化學(xué)運用帶來了曙光?！鲍I(xiàn)紅評價道。
關(guān)于塑料的化學(xué)收回，除了直接轉(zhuǎn)化回單體，還能夠?qū)⑵鋾x級再造，段昊泓課題組采納的途徑便是后者。他們運用地球儲量豐富的鎳基和鈷基催化劑，完成了高效晉級收回高產(chǎn)品選擇性，使得產(chǎn)品簡單別離。經(jīng)過電解和產(chǎn)品別離，PET塑料在室溫下就可轉(zhuǎn)化為價值更高的產(chǎn)品，如二甲酸鉀（常用于飼料）以及氫燃料。
“從化學(xué)的視點，PET是一種聚酯塑料，很簡單經(jīng)過水解得到它的單體，可是單體的別離需求很高的本錢，這是約束其產(chǎn)業(yè)化的主要原因?！闭撐淖髡?、清華大學(xué)博士后周華告知《我國科學(xué)報》，他們將PET晉級收回為化學(xué)資料和燃料，也表明晰以電化學(xué)晉級收回戰(zhàn)略清除塑料廢物的潛力。
產(chǎn)業(yè)化仍存阻止
比較機(jī)械收回，化學(xué)收回重要的優(yōu)勢之一是能夠取得原始聚合物的質(zhì)量、更高的塑料收回率。不過，化學(xué)收回雖然能為循環(huán)塑料經(jīng)濟(jì)助一臂之力，但要想展開大規(guī)劃運用，每種辦法都存在各自的缺點。
將聚縮醛直接化學(xué)轉(zhuǎn)化回單體，單體來歷不確定便是一大問題。在獻(xiàn)紅看來，“1,3—二氧環(huán)戊烷是個特別單體，怎么完成百萬噸乃至千萬噸的制備依然有很大的不確定性。依然需求研討新單體的規(guī)劃，尤其是便于大規(guī)劃制備的單體”。
不僅如此，獻(xiàn)紅對記者表明，從資料功能視點而言，雖然聚縮醛在力學(xué)功能上比美聚烯烴，但其主鏈存在醚鍵（-OCH2CH2-，-OCH2-），因此抗氧化性、耐老化性都不如聚烯烴，一起耐溫性和抗蠕變性也遠(yuǎn)低于聚烯烴，大大約束了運用規(guī)劃。
此外，這種單體的收回工藝也十分雜亂。獻(xiàn)紅指出，Coates課題組的研討只是展示了聚縮醛能夠直接轉(zhuǎn)為單體這一特征，但其收回進(jìn)程需求在較高溫度（150℃）和有機(jī)強(qiáng)酸下進(jìn)行，這會增加對設(shè)備的腐蝕度，進(jìn)步收回本錢。因此，未來仍需求研討單體收回的環(huán)保方案，如嘗試在弱酸或不加酸的條件下收回。
我國塑料加工工業(yè)協(xié)會降解塑料專業(yè)委員會秘書長翁云宣向《我國科學(xué)報》剖析指出，在單體收回進(jìn)程中，多種聚合物乃至各種資料混合在一起，造成收回功率低的問題，這也會影響該技能的規(guī)劃化運用。此外，收回再運用后怎么降低本錢，也需求進(jìn)一步探索。
“任何一項技能從誕生到完成工業(yè)化都有一條綿長的途徑?！敝苋A告知記者，經(jīng)過電催化將拋棄PET塑料晉級再造，從試驗室規(guī)劃邁向工業(yè)規(guī)劃的一個關(guān)鍵在于活動反應(yīng)器的規(guī)劃和優(yōu)化。他們試驗進(jìn)程中運用的反應(yīng)器長處是拼裝方便，且易于做催化劑活性評價，但缺點是無法用于大規(guī)劃出產(chǎn)、造價高。
當(dāng)時，段昊泓課題組正在開發(fā)的新式無膜電堆具有本錢低、可規(guī)劃化等長處，已經(jīng)取得一些重要開展，且研討成果待宣布。他們希望經(jīng)過不斷優(yōu)化催化劑、反應(yīng)器、操作條件等，終究完成拋棄資源轉(zhuǎn)化的工業(yè)運用。
化學(xué)收回未來可期
塑料廢物不僅是一個全球性的污染問題，還是一種碳含量高、本錢低、可在全球規(guī)劃內(nèi)取得的質(zhì)料，循環(huán)經(jīng)濟(jì)也成為塑料職業(yè)未來的開展方向。在催化技能的推動下，化學(xué)收回展示出很好的經(jīng)濟(jì)前景。
周華表明，經(jīng)過工藝整合，進(jìn)步產(chǎn)品價值，使得塑料收回在經(jīng)濟(jì)上具有潛在可行性。開始估量，在商業(yè)相關(guān)電流密度下，每噸廢PET向上循環(huán)的凈收入約為350美元，展示了拋棄PET電催化向上循環(huán)轉(zhuǎn)化為二甲酸鉀、精對苯二甲酸和氫氣的經(jīng)濟(jì)潛力。
“二甲酸鉀具有生物活性，能抑制大腸桿菌、沙門氏菌等有害微生物的繁衍，能夠促進(jìn)動物成長，是一種抱負(fù)的非抗生素類飼料添加劑，可替代抗生素促成長劑?！敝苋A說，“跟著我國采納立法手法制止飼料添加抗生素，二甲酸鉀在國內(nèi)具有廣闊的運用場景?！?/span>
麥肯錫咨詢公司在一項研討中提出，到2030年，全球塑料的收回運用率有望進(jìn)步到50%?；瘜W(xué)收回的份額或許上升到17%左右，相當(dāng)于收回大約7400萬噸拋棄塑料。
現(xiàn)在，我國還有很多團(tuán)隊致力于研討塑料的化學(xué)收回技能，例如，我國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研討所研討員黃正團(tuán)隊選用銥合作物和氧化鐵復(fù)合催化劑，將聚乙烯高選擇性轉(zhuǎn)化為液態(tài)烷烴；北京大學(xué)教授李子臣團(tuán)隊規(guī)劃出系列苯并硫代己內(nèi)酯單體，在有機(jī)堿催化下可得到力學(xué)功能優(yōu)異的半結(jié)晶聚酯，該資料可直接進(jìn)行本體加熱（200℃）收回，單體收回率挨近定量（>98%）。
獻(xiàn)紅表明，對現(xiàn)有拋棄塑料的化學(xué)收回是現(xiàn)在很受重視的研討方向，其難點在于塑料制品通常是混合物，一起還有品種繁復(fù)、結(jié)構(gòu)雜亂的加工和改性助劑，會影響催化劑的活性和選擇性。
為此，他主張首先要規(guī)劃新式單體，開展新式聚合辦法，歸納改進(jìn)聚合物的熱力學(xué)功能，完成規(guī)劃運用。其次要規(guī)劃“方針需求型可降解高分子”，依據(jù)運用條件、環(huán)境的不同，規(guī)劃組成相應(yīng)“壽命”的資料。此外還要研討“高度耐受性、特異選擇性塑料降解”催化劑，簡化塑料收回進(jìn)程中的分揀、洗刷等后處理作業(yè)。
獻(xiàn)紅補(bǔ)充道，現(xiàn)在塑料收回再運用系統(tǒng)尚不完善，收回運用本錢昂揚(yáng)且附加值較低，為此開展生物降解高分子資料，有助于緩解塑料收回難題。
翁云宣主張，塑料要想完成可持續(xù)開展，在源頭上就要盡量運用可再生資源制作資料。周華也表明，要以替代化石資源的生物質(zhì)、二氧化碳及其衍生物為質(zhì)料制備塑料，新式可降解塑料是未來值得重視的研討方向。
聲明：轉(zhuǎn)載此圖文是出于傳遞更多信息之目的。若有來源標(biāo)注錯誤或侵犯了您的合法權(quán)益，請作者持權(quán)屬證明與本網(wǎng)聯(lián)系，我們將及時更正、刪除，謝謝。
來源：中國科學(xué)報
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