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室温即可分解PET,清华教授团队研发塑料回收新方案
来源:中新网    作者:章健玲    日期:2021.08.19

塑料回收又有新进展!由中国清华大学化学系副教授、博士生导师段昊泓领衔科研团队最新研究提出一种以电化学升级回收塑料的可持续解决方案,可将塑料回收转化为价值更高的化学材料和氢燃料,从而有助于管理塑料污染,并具有清除塑料垃圾变废为宝的应用潜力。

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图|段昊泓(左)、周华(右)(来源:段昊泓课题组)


这项“将塑料经济地升级回收为化学材料和燃料”的成果论文,北京时间17日夜间在国际学术期刊《自然-通讯》上线发表。

 

用镍基和钴基催化剂室温分解PET

 

据介绍,该科研团队通过使用地球储量丰富的镍基和钴基催化剂,在室温下促进聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)塑料转化为价值更高的产品。这种催化剂达成高效升级回收和高产物选择性,使得产物容易分离。

 

经过电解和产物分离,科研团队将1公斤固体塑料转化为具有商业价值的固体化学物质,如常用于饲料的二甲酸钾以及氢气燃料。与传统的塑料升级回收技术通常需要高温加热、过程中还会产生复杂的混合产物且分离它们代价高昂相比,最新研究成果的应用具有经济可行性,评估其升级回收1吨塑料垃圾的净收入约350美元。

 

降低分离成本

 

段昊泓通过网络接受中新社记者采访介绍说,PET塑料主要用途是饮料包装和织物,如常见的矿泉水瓶等,也属于白色污染的一种。目前,PET年产量为6500-7000万吨,约占总塑料产量的17%,仅次于聚乙烯。因此,针对废弃PET塑料的升级回收是十分重要的科学和社会问题。

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图|概念设计:a、PET回收的常规路线;b、电催化PET向上循环至商品化学品和H2燃料;c、不同电流密度下电催化路线的技术经济分析(TEA)(来源:Nature Communications)


科研团队通过研究和实验发现,PET的聚酯结构使其可以很容易在碱性电解液中水解为对苯二甲酸和乙二醇,这一过程有望与电催化氧化裂解耦合,实现从PET制备高价值化学品。基于此,研究团队以二甲酸钾作为终产物,降低分离成本并具有高附加值。

 

据了解,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殖,可以促进动物生长,是一种被多个国家批准用于替代动物饲料抗生素的商业化学品。随着中国采取立法手段禁止饲料添加抗生素,二甲酸钾在国内具有广阔应用前景。

 

“每一项科学技术从诞生到产业化都不是一蹴而就的。”段昊泓坦言,在最新研究工作中,科研团队首先证明PET塑料升级回收工艺的可行性,也意识到亟待解决的多个问题:一是流动电解池的设计和优化,这是从实验室规模迈向工业规模的关键步骤;二是分离纯化工艺的优化,通过提高产物收率进而增加收益;三是高效催化剂的开发,提高催化剂的选择性,降低成本。“我们希望通过不断地优化催化剂、反应器、工艺条件等,从而增益降本,最终实现废弃塑料资源转化的工业应用”。

 

未来将推进规模化应用

 

他透露,科研团队未来几年的攻关目标,包括合成高效催化剂、深入研究反应机理、开发新反应路径以及设计与优化反应器等方面。同时,还将积极与中外研究团队和相关企业建立合作关系,推进PET塑料升级回收工艺的规模化应用和长期稳定性评价。

 


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