塑料回收迎来新的机遇

这种无毒、环保、无溶剂的工艺首先使用一种廉价的催化剂来断开聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）中的化学键，PET是聚酯家族中最常见的塑料。然后，研究人员仅需将破碎的片段暴露在环境空气中。利用空气中微量的水分，分解的PET转化为单体——塑料的关键构建块。从那里，研究人员设想这些单体可以回收成新的PET产品或其他更有价值的材料。

新技术比当前塑料回收方法更安全、更清洁、更便宜且更可持续，为创建塑料循环经济提供了有希望的途径。

该研究最近发表在《绿色化学》杂志上，这是由皇家化学会出版的一本期刊。

西北大学的Yosi Kratish（该研究的共同通讯作者）表示：“美国是人均塑料污染的第一大国，而我们仅回收了5%的塑料。迫切需要更好的技术来处理不同类型的塑料废物。我们今天拥有的大多数技术都是将塑料瓶熔化并降级为低质量产品。我们的研究特别令人兴奋的是，我们利用空气中的水分分解塑料，实现了非常清洁和选择性过程。通过回收单体即PET的基本构建块，我们可以将其回收或甚至升级为更有价值的材料。”

Naveen Malik（该研究的第一作者）表示：“我们的研究为解决全球最紧迫的环境挑战之一——塑料废物，提供了一种可持续和高效的解决方案。与传统回收方法不同，后者往往产生有害副产品如废盐，并需要大量的能源或化学物质输入，我们的方法使用一种无溶剂的工艺，依赖环境空气中的微量水分。这使得它不仅环保，而且对于现实世界的应用也非常实用。”

作为塑料回收方面的专家，Kratish是西北大学温伯格文理学院的化学研究助理教授。Kratish与托宾·J·马克斯共同领导了此次研究，他是温伯格学院的查尔斯·E·和艾玛·H·莫里森化学教授，同时也是西北大学麦考密克工程学院的材料科学与工程教授。在研究期间，Malik是马克斯实验室的博士后；现在他是印度SRM科学与技术研究所的研究助理教授。

塑料问题

PET塑料常用于食品包装和饮料瓶，占全球塑料使用总量的12%。由于其不易分解，PET是塑料污染的主要来源。使用后，它要么被丢弃到垃圾填埋场，或随着时间的推移降解成微小的微塑料或纳米塑料，这些通常会进入污水和水体中。

寻找新的塑料回收方式是研究的热门话题。但目前分解塑料的方法需要苛刻的条件，包括极高的温度、强烈的能量和溶剂，这会产生有毒副产品。这些反应中使用的催化剂往往也很昂贵（如铂和钯）或有毒，产生更多有害废物。然后，在反应完成后，研究人员必须将回收的材料与溶剂分开，这可能是一个耗时且耗能的过程。

在之前的研究中，马克斯的团队首次开发了不需要溶剂的催化过程。在新研究中，团队再次设计了一种无溶剂的工艺。

“使用溶剂有许多缺点，”Kratish说。“它们可能很贵，而且你需要加热到高温。然后，在反应后，你会剩下一堆材料，你必须对其进行分类以回收单体。我们没有使用溶剂，而是使用了空气中的水蒸气。这是处理塑料回收问题的更优雅的方法。”

一种“优雅”的解决方案

为进行新研究，研究人员使用了一种钼催化剂和活性炭——这两种材料都是廉价、丰富且无毒的。为启动过程，研究人员将PET加入催化剂和活性炭中，然后加热混合物。聚酯塑料是具有重复单元的大分子，这些单元通过化学键连接在一起。在短时间内，塑料中的化学键断裂。

接下来，研究人员将材料暴露在空气中。利用空气中微量的水分，材料转化为对苯二甲酸（TPA）——这是一种极有价值的聚酯前体。唯一的副产品是乙醛，一种有价值且易于去除的工业化学物质。

Malik说：“空气中含有相当数量的水分，这使其成为化学反应中随手可得且可持续的资源。即使在相对干燥的条件下，平均而言，气氛中也约有10,000至15,000立方公里的水。利用空气中的水分使我们能够消除大量溶剂，减少能源输入，避免使用刺激性化学品，使得过程更加清洁和环保。”

“这个方法表现得非常完美，”Kratish说。“当我们添加多余的水时，它停止工作，因为水太多。这是一个微妙的平衡。但事实证明，空气中的水分量恰到好处。”

无尽的优势

所产生的过程快速而有效，仅需四小时就回收了94%的可能TPA。催化剂也耐用且可回收，意味着它可以反复使用而不失去效果。该方法对混合塑料有效，选择性回收仅聚酯。由于其选择性，该过程无需在应用催化剂之前对塑料进行分类——这是回收行业的一大经济优势。

当团队在实际材料如塑料瓶、衬衫和混合塑料废物上测试该过程时，它同样表现出色。它甚至将有色塑料分解为纯无色TPA。

接下来，研究人员计划扩大该过程的规模，以便于工业使用。通过优化大规模应用的过程，研究人员旨在确保其能够处理大量的塑料废物。

Malik表示：“我们的技术有潜力显著减少塑料污染，降低塑料的环境足迹，并有助于形成一个材料被重复使用而非丢弃的循环经济。这是朝着更清洁、更绿色未来跨出的实际一步，展示了创新化学如何以一种与自然相一致的方式应对全球挑战。”