研究人員開發可將聚乙烯塑料廢料升級為有價值的分子

大約70年前，當我們開始使用塑料時，對其壽命的影響以及它們可能需要幾個世紀才能分解的事實并沒有多加考慮。因此，隨著塑料的多樣化和易于制造，地球目前正在跨越約83億噸這種東西-幾乎有史以來生產的每一個塑料-都沒有足夠的技術或誘因來縮小增長中的那堆。與回收相比，塑料更便宜，更容易生產和丟棄。

加州大學圣塔芭芭拉分校的研究人員Susannah Scott和Mahdi Abu-Omar準備改變這種已有數十年歷史的范式。怎么樣?采用一鍋法低溫催化方法，可將聚乙烯(一種在生產的所有塑料中約三分之一所發現的聚合物，每年的全球價值約為2000億美元)轉化為高價值的烷基芳族分子，從而將聚乙烯循環利用許多工業化學品和消費品。為原本可以變成垃圾的產品增加價值，可以使塑料廢料的回收利用更具吸引力，并具有更環保的實際效果。

斯科特說：“這是一個潛在的解決方案。”他的同事現在已經在《科學》雜志上發表了他們的研究成果。她說，他們的努力是可以采取的越來越多可能采取的措施之一，可以將塑料的線性浪費經濟轉變為更具可持續性的循環經濟。

她說：“這證明了可以做什么。”

廢塑料的第二人生

不可否認的是，現代的存在很大程度上歸功于塑料，從保持食物新鮮的包裝到醫療應用中使用的無菌材料，再到價格低廉，重量輕的部件，這些部件已成為我們許多負擔得起的耐用產品中的一部分。

加州大學圣塔芭芭拉分校的化學和化學工程學教授斯科特說：“我們必須對塑料有很多積極的看法，”他擔任UCSB Mellichamp可持續催化處理主席。“與此同時，我們意識到確實存在著這個嚴重的報廢問題，這是意想不到的后果。”

研究人員解釋說，使塑料如此有用的特性也是使它們如此持久的原因。這是它們的化學惰性-它們通常不會與環境中的其他成分發生反應。塑料管不會生銹或滲入供水中，塑料瓶可以儲存腐蝕性化學物質，塑料涂層可以抵抗高溫。

斯科特說：“您可以將其中一根管子放在地下，一百年后您可以將其挖掘出來，它完全是同一根管子，并且可以使您的水完全安全。”

但是，這種惰性也使塑料自然分解的速度非常緩慢，而人工分解的能量消耗很大。

化學工程教授Abu-Omar解釋說：“它們是用碳-碳和碳-氫鍵制成的，很難化學回收。”他是能源催化專業的教授，同時也是UCSB Mellichamp綠色化學主席。 。研究人員說，盡管在研究如何將塑料減少到其基本成分以實現可持續性方面投入了大量研究工作，但能源成本“困擾了該領域很長時間了”。當從提取的石油中提取相同成分的成本較低時，甚至將這些基本成分轉化為高價值分子的好處也受到了限制。

“另一方面，如果我們可以將聚合物直接轉化為這些更高價值的分子，并完全消除回到這些基本分子的高能步驟，那么我們將擁有一個低能耗的高價值工藝”，斯科特說。

這一創新思路產生了一種新的串聯催化方法，該方法不僅可以直接從廢聚乙烯塑料中制造出高價值的烷基芳族分子，而且還可以高效，低成本，低能耗地進行。

斯科特說：“我們將轉換溫度降低了數百度。” 根據該論文，常規方法需要500至1000°C的溫度才能將聚烯烴鏈分解成小塊，然后將它們重新組裝成氣體，液體和焦炭的混合產物，而該催化過程的最佳溫度則徘徊在300°C附近。研究人員解釋說，相對溫和的反應條件有助于以更有選擇性的方式將聚合物分解為潤滑劑范圍內的大多數較大分子。斯科特說：“而且，我們簡化了流程步驟，因為我們沒有進行多次轉換。”

此外，該方法不需要溶劑或添加氫氣，只需氧化鋁上的鉑(Pt / Al2O3)催化劑即可進行串聯反應，既打破了這些堅韌的碳-碳鍵，又重新排列了聚合物的分子“骨架”，從而與這些分子形成結構。特色的六面環-高價值的烷基芳族分子，廣泛用于溶劑，油漆，潤滑劑，清潔劑，藥品以及許多其他工業和消費產品中。