由中國清華大學(xué)化學(xué)系副教授、博士生導(dǎo)師段昊泓領(lǐng)銜科研團(tuán)隊最新研究提出一種以電化學(xué)升級回收塑料的可持續(xù)解決方案，可將塑料回收轉(zhuǎn)化為價值更高的化學(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。
圖|段昊泓(左)、周華(右)(來源：段昊泓課題組)
用鎳基和鈷基催化劑室溫分解PET
據(jù)介紹，該科研團(tuán)隊通過使用地球儲量豐富的鎳基和鈷基催化劑，在室溫下促進(jìn)聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)塑料轉(zhuǎn)化為價值更高的產(chǎn)品。這種催化劑達(dá)成高效升級回收和高產(chǎn)物選擇性，使得產(chǎn)物容易分離。
經(jīng)過電解和產(chǎn)物分離，科研團(tuán)隊將1公斤固體塑料轉(zhuǎn)化為具有商業(yè)價值的固體化學(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)的塑料升級回收技術(shù)通常需要高溫加熱、過程中還會產(chǎn)生復(fù)雜的混合產(chǎn)物且分離它們代價高昂相比，最新研究成果的應(yīng)用具有經(jīng)濟(jì)可行性，評估其升級回收1噸塑料垃圾的凈收入約350美元。
降低分離成本
段昊泓通過網(wǎng)絡(luò)接受中新社記者采訪介紹說，PET塑料主要用途是飲料包裝和織物，如常見的礦泉水瓶等，也屬于白色污染的一種。目前，PET年產(chǎn)量為6500-7000萬噸，約占總塑料產(chǎn)量的17%，僅次于聚乙烯。因此，針對廢棄PET塑料的升級回收是十分重要的科學(xué)和社會問題。
科研團(tuán)隊通過研究和實驗發(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苯二甲酸和乙二醇，這一過程有望與電催化氧化裂解耦合，實現(xiàn)從PET制備高價值化學(xué)品。基于此，研究團(tuán)隊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、沙門氏菌等有害微生物的繁殖，可以促進(jìn)動物生長，是一種被多個國家批準(zhǔn)用于替代動物飼料抗生素的商業(yè)化學(xué)品。隨著中國采取立法手段禁止飼料添加抗生素，二甲酸鉀在國內(nèi)具有廣闊應(yīng)用前景。
據(jù)規(guī)模化應(yīng)用還有一段路要走
“每一項科學(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)隊首先證明PET塑料升級回收工藝的可行性，也意識到亟待解決的多個問題：一是流動電解池的設(shè)計和優(yōu)化，這是從實驗室規(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，通過提高產(chǎn)物收率進(jìn)而增加收益;三是高效催化劑的開發(fā)，提高催化劑的選擇性，降低成本。“我們希望通過不斷地優(yōu)化催化劑、反應(yīng)器、工藝條件等，從而增益降本，最終實現(xiàn)廢棄塑料資源轉(zhuǎn)化的工業(yè)應(yīng)用”。
未來將推進(jìn)規(guī)模化應(yīng)用
他透露，科研團(tuán)隊未來幾年的攻關(guān)目標(biāo)，包括合成高效催化劑、深入研究反應(yīng)機(jī)理、開發(fā)新反應(yīng)路徑以及設(shè)計與優(yōu)化反應(yīng)器等方面。同時，還將積極與中外研究團(tuán)隊和相關(guān)企業(yè)建立合作關(guān)系，推進(jìn)PET塑料升級回收工藝的規(guī)模化應(yīng)用和長期穩(wěn)定性評價。
