臺風“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。
據統計，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，開發新辦法完成塑料收回和晉級再造，成為當下研討熱門。近來，國內外幾個重磅開展的連續發布，為塑料循環經濟帶來曙光。
8月13日，美國康奈爾大學高分子化學家Geoffrey W. Coates課題組在《科學》發文，他們以溴化銦為催化劑，將聚縮醛塑料定量轉化為單體，完成了塑料的閉環收回。
8月18日，清華大學化學系副教授段昊泓課題組在《自然—通訊》發文，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，晉級轉化為價值更高的化學資料和氫燃料。
多項研討表明，在催化技能的推動下，化學收回有望打破塑料循環“魔咒”，讓數以億噸的“白色廢物”變廢為寶。
塑料收回 催化有方
塑料是以單體為質料，經過加聚或縮聚反應聚合而成的高分子化合物。我國科學院長春運用化學研討所研討員獻紅告知《我國科學報》，現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處理。物理處理只能以獻身產品功能為價值降級運用，而絕大多數化學處理功率則很低，缺乏大規劃運用的競爭力。
獻紅對記者表明，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界的重視，該辦法經過規劃特定的單體組成高分子資料，再將其直接轉化為原單體，然后完成資源循環和同級運用。
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聚合”戰略，以溴化銦為催化劑、鹵代甲基醚為引發劑，在質子捕捉劑（大位阻有機堿）下，成功得到分子量高達22萬的聚縮醛，其力學功能比美商業化聚烯烴，且具有高達98%的單體（1,3—二氧環戊烷）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），因此聚縮醛的力學功能很差，無法實踐運用。Coates課題組能夠將高分子量聚縮醛定量轉化為單體，為拋棄塑料的化學運用帶來了曙光。”獻紅評價道。
關于塑料的化學收回，除了直接轉化回單體，還能夠將其晉級再造，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品選擇性，使得產品簡單別離。經過電解和產品別離，PET塑料在室溫下就可轉化為價值更高的產品，如二甲酸鉀（常用于飼料）以及氫燃料。
“從化學的視點，PET是一種聚酯塑料，很簡單經過水解得到它的單體，可是單體的別離需求很高的本錢，這是約束其產業化的主要原因。”論文作者、清華大學博士后周華告知《我國科學報》，他們將PET晉級收回為化學資料和燃料，也表明晰以電化學晉級收回戰略清除塑料廢物的潛力。
產業化仍存阻止
比較機械收回，化學收回重要的優勢之一是能夠取得原始聚合物的質量、更高的塑料收回率。不過，化學收回雖然能為循環塑料經濟助一臂之力，但要想展開大規劃運用，每種辦法都存在各自的缺點。
將聚縮醛直接化學轉化回單體，單體來歷不確定便是一大問題。在獻紅看來，“1,3—二氧環戊烷是個特別單體，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劃，尤其是便于大規劃制備的單體”。
不僅如此，獻紅對記者表明，從資料功能視點而言，雖然聚縮醛在力學功能上比美聚烯烴，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低于聚烯烴，大大約束了運用規劃。
此外，這種單體的收回工藝也十分雜亂。獻紅指出，Coates課題組的研討只是展示了聚縮醛能夠直接轉為單體這一特征，但其收回進程需求在較高溫度（150℃）和有機強酸下進行，這會增加對設備的腐蝕度，進步收回本錢。因此，未來仍需求研討單體收回的環保方案，如嘗試在弱酸或不加酸的條件下收回。
我國塑料加工工業協會降解塑料專業委員會秘書長翁云宣向《我國科學報》剖析指出，在單體收回進程中，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劃化運用。此外，收回再運用后怎么降低本錢，也需求進一步探索。
“任何一項技能從誕生到完成工業化都有一條綿長的途徑。”周華告知記者，經過電催化將拋棄PET塑料晉級再造，從試驗室規劃邁向工業規劃的一個關鍵在于活動反應器的規劃和優化。他們試驗進程中運用的反應器長處是拼裝方便，且易于做催化劑活性評價，但缺點是無法用于大規劃出產、造價高。
當時，段昊泓課題組正在開發的新式無膜電堆具有本錢低、可規劃化等長處，已經取得一些重要開展，且研討成果待宣布。他們希望經過不斷優化催化劑、反應器、操作條件等，終究完成拋棄資源轉化的工業運用。
化學收回未來可期
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、可在全球規劃內取得的質料，循環經濟也成為塑料職業未來的開展方向。在催化技能的推動下，化學收回展示出很好的經濟前景。
周華表明，經過工藝整合，進步產品價值，使得塑料收回在經濟上具有潛在可行性。開始估量，在商業相關電流密度下，每噸廢PET向上循環的凈收入約為350美元，展示了拋棄PET電催化向上循環轉化為二甲酸鉀、精對苯二甲酸和氫氣的經濟潛力。
“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，能夠促進動物成長，是一種抱負的非抗生素類飼料添加劑，可替代抗生素促成長劑。”周華說，“跟著我國采納立法手法制止飼料添加抗生素，二甲酸鉀在國內具有廣闊的運用場景。”
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步到50%。化學收回的份額或許上升到17%左右，相當于收回大約7400萬噸拋棄塑料。
現在，我國還有很多團隊致力于研討塑料的化學收回技能，例如，我國科學院上海有機化學研討所研討員黃正團隊選用銥合作物和氧化鐵復合催化劑，將聚乙烯高選擇性轉化為液態烷烴；北京大學教授李子臣團隊規劃出系列苯并硫代己內酯單體，在有機堿催化下可得到力學功能優異的半結晶聚酯，該資料可直接進行本體加熱（200℃）收回，單體收回率挨近定量（>98%）。
獻紅表明，對現有拋棄塑料的化學收回是現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、結構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，他主張首先要規劃新式單體，開展新式聚合辦法，歸納改進聚合物的熱力學功能，完成規劃運用。其次要規劃“方針需求型可降解高分子”，依據運用條件、環境的不同，規劃組成相應“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，簡化塑料收回進程中的分揀、洗刷等后處理作業。
獻紅補充道，現在塑料收回再運用系統尚不完善，收回運用本錢昂揚且附加值較低，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、二氧化碳及其衍生物為質料制備塑料，新式可降解塑料是未來值得重視的研討方向。
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據統計，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，開發新辦法完成塑料收回和晉級再造，成為當下研討熱門。近來，國內外幾個重磅開展的連續發布，為塑料循環經濟帶來曙光。
8月13日，美國康奈爾大學高分子化學家Geoffrey W. Coates課題組在《科學》發文，他們以溴化銦為催化劑，將聚縮醛塑料定量轉化為單體，完成了塑料的閉環收回。
8月18日，清華大學化學系副教授段昊泓課題組在《自然—通訊》發文，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，晉級轉化為價值更高的化學資料和氫燃料。
多項研討表明，在催化技能的推動下，化學收回有望打破塑料循環“魔咒”，讓數以億噸的“白色廢物”變廢為寶。
塑料收回 催化有方
塑料是以單體為質料，經過加聚或縮聚反應聚合而成的高分子化合物。我國科學院長春運用化學研討所研討員獻紅告知《我國科學報》，現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處理。物理處理只能以獻身產品功能為價值降級運用，而絕大多數化學處理功率則很低，缺乏大規劃運用的競爭力。
獻紅對記者表明，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界的重視，該辦法經過規劃特定的單體組成高分子資料，再將其直接轉化為原單體，然后完成資源循環和同級運用。
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聚合”戰略，以溴化銦為催化劑、鹵代甲基醚為引發劑，在質子捕捉劑（大位阻有機堿）下，成功得到分子量高達22萬的聚縮醛，其力學功能比美商業化聚烯烴，且具有高達98%的單體（1,3—二氧環戊烷）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），因此聚縮醛的力學功能很差，無法實踐運用。Coates課題組能夠將高分子量聚縮醛定量轉化為單體，為拋棄塑料的化學運用帶來了曙光。”獻紅評價道。
關于塑料的化學收回，除了直接轉化回單體，還能夠將其晉級再造，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品選擇性，使得產品簡單別離。經過電解和產品別離，PET塑料在室溫下就可轉化為價值更高的產品，如二甲酸鉀（常用于飼料）以及氫燃料。
“從化學的視點，PET是一種聚酯塑料，很簡單經過水解得到它的單體，可是單體的別離需求很高的本錢，這是約束其產業化的主要原因。”論文作者、清華大學博士后周華告知《我國科學報》，他們將PET晉級收回為化學資料和燃料，也表明晰以電化學晉級收回戰略清除塑料廢物的潛力。
產業化仍存阻止
比較機械收回，化學收回重要的優勢之一是能夠取得原始聚合物的質量、更高的塑料收回率。不過，化學收回雖然能為循環塑料經濟助一臂之力，但要想展開大規劃運用，每種辦法都存在各自的缺點。
將聚縮醛直接化學轉化回單體，單體來歷不確定便是一大問題。在獻紅看來，“1,3—二氧環戊烷是個特別單體，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劃，尤其是便于大規劃制備的單體”。
不僅如此，獻紅對記者表明，從資料功能視點而言，雖然聚縮醛在力學功能上比美聚烯烴，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低于聚烯烴，大大約束了運用規劃。
此外，這種單體的收回工藝也十分雜亂。獻紅指出，Coates課題組的研討只是展示了聚縮醛能夠直接轉為單體這一特征，但其收回進程需求在較高溫度（150℃）和有機強酸下進行，這會增加對設備的腐蝕度，進步收回本錢。因此，未來仍需求研討單體收回的環保方案，如嘗試在弱酸或不加酸的條件下收回。
我國塑料加工工業協會降解塑料專業委員會秘書長翁云宣向《我國科學報》剖析指出，在單體收回進程中，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劃化運用。此外，收回再運用后怎么降低本錢，也需求進一步探索。
“任何一項技能從誕生到完成工業化都有一條綿長的途徑。”周華告知記者，經過電催化將拋棄PET塑料晉級再造，從試驗室規劃邁向工業規劃的一個關鍵在于活動反應器的規劃和優化。他們試驗進程中運用的反應器長處是拼裝方便，且易于做催化劑活性評價，但缺點是無法用于大規劃出產、造價高。
當時，段昊泓課題組正在開發的新式無膜電堆具有本錢低、可規劃化等長處，已經取得一些重要開展，且研討成果待宣布。他們希望經過不斷優化催化劑、反應器、操作條件等，終究完成拋棄資源轉化的工業運用。
化學收回未來可期
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、可在全球規劃內取得的質料，循環經濟也成為塑料職業未來的開展方向。在催化技能的推動下，化學收回展示出很好的經濟前景。
周華表明，經過工藝整合，進步產品價值，使得塑料收回在經濟上具有潛在可行性。開始估量，在商業相關電流密度下，每噸廢PET向上循環的凈收入約為350美元，展示了拋棄PET電催化向上循環轉化為二甲酸鉀、精對苯二甲酸和氫氣的經濟潛力。
“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，能夠促進動物成長，是一種抱負的非抗生素類飼料添加劑，可替代抗生素促成長劑。”周華說，“跟著我國采納立法手法制止飼料添加抗生素，二甲酸鉀在國內具有廣闊的運用場景。”
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步到50%。化學收回的份額或許上升到17%左右，相當于收回大約7400萬噸拋棄塑料。
現在，我國還有很多團隊致力于研討塑料的化學收回技能，例如，我國科學院上海有機化學研討所研討員黃正團隊選用銥合作物和氧化鐵復合催化劑，將聚乙烯高選擇性轉化為液態烷烴；北京大學教授李子臣團隊規劃出系列苯并硫代己內酯單體，在有機堿催化下可得到力學功能優異的半結晶聚酯，該資料可直接進行本體加熱（200℃）收回，單體收回率挨近定量（>98%）。
獻紅表明，對現有拋棄塑料的化學收回是現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、結構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，他主張首先要規劃新式單體，開展新式聚合辦法，歸納改進聚合物的熱力學功能，完成規劃運用。其次要規劃“方針需求型可降解高分子”，依據運用條件、環境的不同，規劃組成相應“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，簡化塑料收回進程中的分揀、洗刷等后處理作業。
獻紅補充道，現在塑料收回再運用系統尚不完善，收回運用本錢昂揚且附加值較低，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、二氧化碳及其衍生物為質料制備塑料，新式可降解塑料是未來值得重視的研討方向。
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來源：中國科學報
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