常温常压下可降解9种塑料

塑料垃圾处理问题是全球性难题。每年有约6亿吨塑料垃圾被弃置到自然环境中,难以降解的塑料造成不断累积的环境污染危机。

华东师范大学化学与分子工程学院教授、博士生导师姜雪峰课题组建立了一种温和的光降解方案,通过协同的铀酰光催化机制,在常温常压下实现了9种塑料的降解,其中包括5种塑料的混合降解,为塑料垃圾处理提供了可持续性解决方案的科学模型。相关论文成果于7月29日发表于《科学通报》(science bulletin)期刊。

姜雪峰认为做到闭环和循环才是塑料降解的意义,如果能将使用后的塑料垃圾再次转化为单体或其他高附加值基础化学原料,用于生产具有不同性能的新塑料,就能最大程度减少物质和能量的损耗以及塑料使用后所带来的污染。

研究团队长年专注硫化学研究,他们发现,铀作为催化剂,在硫的氧化过程中可以实现精准调控,并且绿色环保。“既然铀能够把硫这么精准地调控氧化,而且这么柔和、环保,为什么不拿它来做塑料的氧化和切断?”8月2日,在接受科技日报记者采访时,姜雪峰介绍说,“我们就拿它尝试,果真能可控地氧化、降解塑料。”

姜雪峰课题组设计以六水合硝酸铀作为光敏剂,在常温常压下成功将9种常见塑料降解为苯甲酸和对苯二甲酸等化工产品的原材料,其中还包括5种塑料的混合降解。

在460纳米蓝光照射下,聚苯乙烯可以30%分离产率获得苯甲酸;聚苯乙烯泡沫可以40%产率降解为苯甲酸;高抗冲聚苯乙烯可以32%收率降解为苯甲酸。公斤级真实聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)瓶能够在2天内以88%的产率降解为对苯二甲酸……

“原本这些塑料的自然分解要花几十年甚至数百年,用这种策略在一两天之内就能把它们分解,而且分解出的物质还能拿去做新型的、更好的塑料;或者变成医药中间体,用到医药上;也有可能用到香精香料生产上。”姜雪峰说。

此外,塑料垃圾往往带有色素、黏合剂、水渍,甚至污渍,目前,处理它们需要前期分拣、清洗,达到很干燥、很纯净才行。“采用新的光降解方案,瓶子不需要清洗,里面有水也没关系,标签也不用摘除,即使有色素、黏合剂或发泡剂,依然可以降解。”姜雪峰希望能把这项技术应用到复杂真实场景的塑料降解上。

据了解,研究团队还设计开发了新型连续流光反应装置用于PET降解,与管式操作相比,效率提高5万多倍。未来,他们将进一步扩大实验规模,并研发实用的大型装置。


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