台风“烟花”往后，大量“白色废物”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废物场。
据统计，全球每年约有480万~1270万吨塑料被排放到海洋，并跟着洋流分散到各地，有的还会沉到海底最深处，乃至是马里亚纳海沟。
面临这一全球污染危机，开发新办法完成塑料收回和晋级再造，成为当下研讨热门。近来，国内外几个重磅开展的连续发布，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，完成了塑料的闭环收回。
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，他们运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，晋级转化为价值更高的化学资料和氢燃料。
多项研讨表明，在催化技能的推动下，化学收回有望打破塑料循环“魔咒”，让数以亿吨的“白色废物”变废为宝。
塑料收回 催化有方
塑料是以单体为质料，经过加聚或缩聚反应聚合而成的高分子化合物。我国科学院长春运用化学研讨所研讨员献红告知《我国科学报》，现在抛弃塑料的处理方式主要是焚烧、填埋，只有很少部分（低于10%）选用收回后物理或化学处理。物理处理只能以献身产品功能为价值降级运用，而绝大多数化学处理功率则很低，缺乏大规划运用的竞争力。
献红对记者表明，为解决抛弃塑料的再运用问题，一个新的概念敏捷得到高分子科学界的重视，该办法经过规划特定的单体组成高分子资料，再将其直接转化为原单体，然后完成资源循环和同级运用。
Coates课题组选用的便是这种办法。在论文中，他们提出了一种“可逆钝化阳离子开环聚合”战略，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，其力学功能比美商业化聚烯烃，且具有高达98%的单体（1,3—二氧环戊烷）收回率。
“聚缩醛通常选用阳离子聚合办法得到，可是分子量较低（< 2万），因此聚缩醛的力学功能很差，无法实践运用。Coates课题组能够将高分子量聚缩醛定量转化为单体，为抛弃塑料的化学运用带来了曙光。”献红评价道。
关于塑料的化学收回，除了直接转化回单体，还能够将其晋级再造，段昊泓课题组采纳的途径便是后者。他们运用地球储量丰富的镍基和钴基催化剂，完成了高效晋级收回高产品选择性，使得产品简单别离。经过电解和产品别离，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。
“从化学的视点，PET是一种聚酯塑料，很简单经过水解得到它的单体，可是单体的别离需求很高的本钱，这是约束其产业化的主要原因。”论文作者、清华大学博士后周华告知《我国科学报》，他们将PET晋级收回为化学资料和燃料，也表明晰以电化学晋级收回战略清除塑料废物的潜力。
产业化仍存阻止
比较机械收回，化学收回重要的优势之一是能够取得原始聚合物的质量、更高的塑料收回率。不过，化学收回虽然能为循环塑料经济助一臂之力，但要想展开大规划运用，每种办法都存在各自的缺点。
将聚缩醛直接化学转化回单体，单体来历不确定便是一大问题。在献红看来，“1,3—二氧环戊烷是个特别单体，怎么完成百万吨乃至千万吨的制备依然有很大的不确定性。依然需求研讨新单体的规划，尤其是便于大规划制备的单体”。
不仅如此，献红对记者表明，从资料功能视点而言，虽然聚缩醛在力学功能上比美聚烯烃，但其主链存在醚键（-OCH2CH2-，-OCH2-），因此抗氧化性、耐老化性都不如聚烯烃，一起耐温性和抗蠕变性也远低于聚烯烃，大大约束了运用规划。
此外，这种单体的收回工艺也十分杂乱。献红指出，Coates课题组的研讨只是展示了聚缩醛能够直接转为单体这一特征，但其收回进程需求在较高温度（150℃）和有机强酸下进行，这会增加对设备的腐蚀度，进步收回本钱。因此，未来仍需求研讨单体收回的环保方案，如尝试在弱酸或不加酸的条件下收回。
我国塑料加工工业协会降解塑料专业委员会秘书长翁云宣向《我国科学报》剖析指出，在单体收回进程中，多种聚合物乃至各种资料混合在一起，造成收回功率低的问题，这也会影响该技能的规划化运用。此外，收回再运用后怎么降低本钱，也需求进一步探索。
“任何一项技能从诞生到完成工业化都有一条绵长的途径。”周华告知记者，经过电催化将抛弃PET塑料晋级再造，从试验室规划迈向工业规划的一个关键在于活动反应器的规划和优化。他们试验进程中运用的反应器长处是拼装方便，且易于做催化剂活性评价，但缺点是无法用于大规划出产、造价高。
当时，段昊泓课题组正在开发的新式无膜电堆具有本钱低、可规划化等长处，已经取得一些重要开展，且研讨成果待宣布。他们希望经过不断优化催化剂、反应器、操作条件等，终究完成抛弃资源转化的工业运用。
化学收回未来可期
塑料废物不仅是一个全球性的污染问题，还是一种碳含量高、本钱低、可在全球规划内取得的质料，循环经济也成为塑料职业未来的开展方向。在催化技能的推动下，化学收回展示出很好的经济前景。
周华表明，经过工艺整合，进步产品价值，使得塑料收回在经济上具有潜在可行性。开始估量，在商业相关电流密度下，每吨废PET向上循环的净收入约为350美元，展示了抛弃PET电催化向上循环转化为二甲酸钾、精对苯二甲酸和氢气的经济潜力。
“二甲酸钾具有生物活性，能抑制大肠杆菌、沙门氏菌等有害微生物的繁衍，能够促进动物成长，是一种抱负的非抗生素类饲料添加剂，可替代抗生素促成长剂。”周华说，“跟着我国采纳立法手法制止饲料添加抗生素，二甲酸钾在国内具有广阔的运用场景。”
麦肯锡咨询公司在一项研讨中提出，到2030年，全球塑料的收回运用率有望进步到50%。化学收回的份额或许上升到17%左右，相当于收回大约7400万吨抛弃塑料。
现在，我国还有很多团队致力于研讨塑料的化学收回技能，例如，我国科学院上海有机化学研讨所研讨员黄正团队选用铱合作物和氧化铁复合催化剂，将聚乙烯高选择性转化为液态烷烃；北京大学教授李子臣团队规划出系列苯并硫代己内酯单体，在有机碱催化下可得到力学功能优异的半结晶聚酯，该资料可直接进行本体加热（200℃）收回，单体收回率挨近定量（>98%）。
献红表明，对现有抛弃塑料的化学收回是现在很受重视的研讨方向，其难点在于塑料制品通常是混合物，一起还有品种繁复、结构杂乱的加工和改性助剂，会影响催化剂的活性和选择性。
为此，他主张首先要规划新式单体，开展新式聚合办法，归纳改进聚合物的热力学功能，完成规划运用。其次要规划“方针需求型可降解高分子”，依据运用条件、环境的不同，规划组成相应“寿命”的资料。此外还要研讨“高度耐受性、特异选择性塑料降解”催化剂，简化塑料收回进程中的分拣、洗刷等后处理作业。
献红补充道，现在塑料收回再运用系统尚不完善，收回运用本钱昂扬且附加值较低，为此开展生物降解高分子资料，有助于缓解塑料收回难题。
翁云宣主张，塑料要想完成可持续开展，在源头上就要尽量运用可再生资源制作资料。周华也表明，要以替代化石资源的生物质、二氧化碳及其衍生物为质料制备塑料，新式可降解塑料是未来值得重视的研讨方向。
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据统计，全球每年约有480万~1270万吨塑料被排放到海洋，并跟着洋流分散到各地，有的还会沉到海底最深处，乃至是马里亚纳海沟。
面临这一全球污染危机，开发新办法完成塑料收回和晋级再造，成为当下研讨热门。近来，国内外几个重磅开展的连续发布，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，完成了塑料的闭环收回。
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，他们运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，晋级转化为价值更高的化学资料和氢燃料。
多项研讨表明，在催化技能的推动下，化学收回有望打破塑料循环“魔咒”，让数以亿吨的“白色废物”变废为宝。
塑料收回 催化有方
塑料是以单体为质料，经过加聚或缩聚反应聚合而成的高分子化合物。我国科学院长春运用化学研讨所研讨员献红告知《我国科学报》，现在抛弃塑料的处理方式主要是焚烧、填埋，只有很少部分（低于10%）选用收回后物理或化学处理。物理处理只能以献身产品功能为价值降级运用，而绝大多数化学处理功率则很低，缺乏大规划运用的竞争力。
献红对记者表明，为解决抛弃塑料的再运用问题，一个新的概念敏捷得到高分子科学界的重视，该办法经过规划特定的单体组成高分子资料，再将其直接转化为原单体，然后完成资源循环和同级运用。
Coates课题组选用的便是这种办法。在论文中，他们提出了一种“可逆钝化阳离子开环聚合”战略，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，其力学功能比美商业化聚烯烃，且具有高达98%的单体（1,3—二氧环戊烷）收回率。
“聚缩醛通常选用阳离子聚合办法得到，可是分子量较低（< 2万），因此聚缩醛的力学功能很差，无法实践运用。Coates课题组能够将高分子量聚缩醛定量转化为单体，为抛弃塑料的化学运用带来了曙光。”献红评价道。
关于塑料的化学收回，除了直接转化回单体，还能够将其晋级再造，段昊泓课题组采纳的途径便是后者。他们运用地球储量丰富的镍基和钴基催化剂，完成了高效晋级收回高产品选择性，使得产品简单别离。经过电解和产品别离，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。
“从化学的视点，PET是一种聚酯塑料，很简单经过水解得到它的单体，可是单体的别离需求很高的本钱，这是约束其产业化的主要原因。”论文作者、清华大学博士后周华告知《我国科学报》，他们将PET晋级收回为化学资料和燃料，也表明晰以电化学晋级收回战略清除塑料废物的潜力。
产业化仍存阻止
比较机械收回，化学收回重要的优势之一是能够取得原始聚合物的质量、更高的塑料收回率。不过，化学收回虽然能为循环塑料经济助一臂之力，但要想展开大规划运用，每种办法都存在各自的缺点。
将聚缩醛直接化学转化回单体，单体来历不确定便是一大问题。在献红看来，“1,3—二氧环戊烷是个特别单体，怎么完成百万吨乃至千万吨的制备依然有很大的不确定性。依然需求研讨新单体的规划，尤其是便于大规划制备的单体”。
不仅如此，献红对记者表明，从资料功能视点而言，虽然聚缩醛在力学功能上比美聚烯烃，但其主链存在醚键（-OCH2CH2-，-OCH2-），因此抗氧化性、耐老化性都不如聚烯烃，一起耐温性和抗蠕变性也远低于聚烯烃，大大约束了运用规划。
此外，这种单体的收回工艺也十分杂乱。献红指出，Coates课题组的研讨只是展示了聚缩醛能够直接转为单体这一特征，但其收回进程需求在较高温度（150℃）和有机强酸下进行，这会增加对设备的腐蚀度，进步收回本钱。因此，未来仍需求研讨单体收回的环保方案，如尝试在弱酸或不加酸的条件下收回。
我国塑料加工工业协会降解塑料专业委员会秘书长翁云宣向《我国科学报》剖析指出，在单体收回进程中，多种聚合物乃至各种资料混合在一起，造成收回功率低的问题，这也会影响该技能的规划化运用。此外，收回再运用后怎么降低本钱，也需求进一步探索。
“任何一项技能从诞生到完成工业化都有一条绵长的途径。”周华告知记者，经过电催化将抛弃PET塑料晋级再造，从试验室规划迈向工业规划的一个关键在于活动反应器的规划和优化。他们试验进程中运用的反应器长处是拼装方便，且易于做催化剂活性评价，但缺点是无法用于大规划出产、造价高。
当时，段昊泓课题组正在开发的新式无膜电堆具有本钱低、可规划化等长处，已经取得一些重要开展，且研讨成果待宣布。他们希望经过不断优化催化剂、反应器、操作条件等，终究完成抛弃资源转化的工业运用。
化学收回未来可期
塑料废物不仅是一个全球性的污染问题，还是一种碳含量高、本钱低、可在全球规划内取得的质料，循环经济也成为塑料职业未来的开展方向。在催化技能的推动下，化学收回展示出很好的经济前景。
周华表明，经过工艺整合，进步产品价值，使得塑料收回在经济上具有潜在可行性。开始估量，在商业相关电流密度下，每吨废PET向上循环的净收入约为350美元，展示了抛弃PET电催化向上循环转化为二甲酸钾、精对苯二甲酸和氢气的经济潜力。
“二甲酸钾具有生物活性，能抑制大肠杆菌、沙门氏菌等有害微生物的繁衍，能够促进动物成长，是一种抱负的非抗生素类饲料添加剂，可替代抗生素促成长剂。”周华说，“跟着我国采纳立法手法制止饲料添加抗生素，二甲酸钾在国内具有广阔的运用场景。”
麦肯锡咨询公司在一项研讨中提出，到2030年，全球塑料的收回运用率有望进步到50%。化学收回的份额或许上升到17%左右，相当于收回大约7400万吨抛弃塑料。
现在，我国还有很多团队致力于研讨塑料的化学收回技能，例如，我国科学院上海有机化学研讨所研讨员黄正团队选用铱合作物和氧化铁复合催化剂，将聚乙烯高选择性转化为液态烷烃；北京大学教授李子臣团队规划出系列苯并硫代己内酯单体，在有机碱催化下可得到力学功能优异的半结晶聚酯，该资料可直接进行本体加热（200℃）收回，单体收回率挨近定量（>98%）。
献红表明，对现有抛弃塑料的化学收回是现在很受重视的研讨方向，其难点在于塑料制品通常是混合物，一起还有品种繁复、结构杂乱的加工和改性助剂，会影响催化剂的活性和选择性。
为此，他主张首先要规划新式单体，开展新式聚合办法，归纳改进聚合物的热力学功能，完成规划运用。其次要规划“方针需求型可降解高分子”，依据运用条件、环境的不同，规划组成相应“寿命”的资料。此外还要研讨“高度耐受性、特异选择性塑料降解”催化剂，简化塑料收回进程中的分拣、洗刷等后处理作业。
献红补充道，现在塑料收回再运用系统尚不完善，收回运用本钱昂扬且附加值较低，为此开展生物降解高分子资料，有助于缓解塑料收回难题。
翁云宣主张，塑料要想完成可持续开展，在源头上就要尽量运用可再生资源制作资料。周华也表明，要以替代化石资源的生物质、二氧化碳及其衍生物为质料制备塑料，新式可降解塑料是未来值得重视的研讨方向。
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来源：中国科学报
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