研究人员开发可将聚乙烯塑料废料升级为有价值的分子

大约70年前，当我们开始使用塑料时，对其寿命的影响以及它们可能需要几个世纪才能分解的事实并没有多加考虑。因此，随着塑料的多样化和易于制造，地球目前正在跨越约83亿吨这种东西-几乎有史以来生产的每一个塑料-都没有足够的技术或诱因来缩小增长中的那堆。与回收相比，塑料更便宜，更容易生产和丢弃。

加州大学圣塔芭芭拉分校的研究人员Susannah Scott和Mahdi Abu-Omar准备改变这种已有数十年历史的范式。怎么样?采用一锅法低温催化方法，可将聚乙烯(一种在生产的所有塑料中约三分之一所发现的聚合物，每年的全球价值约为2000亿美元)转化为高价值的烷基芳族分子，从而将聚乙烯循环利用许多工业化学品和消费品。为原本可以变成垃圾的产品增加价值，可以使塑料废料的回收利用更具吸引力，并具有更环保的实际效果。

斯科特说：“这是一个潜在的解决方案。”他的同事现在已经在《科学》杂志上发表了他们的研究成果。她说，他们的努力是可以采取的越来越多可能采取的措施之一，可以将塑料的线性浪费经济转变为更具可持续性的循环经济。

她说：“这证明了可以做什么。”

废塑料的第二人生

不可否认的是，现代的存在很大程度上归功于塑料，从保持食物新鲜的包装到医疗应用中使用的无菌材料，再到价格低廉，重量轻的部件，这些部件已成为我们许多负担得起的耐用产品中的一部分。

加州大学圣塔芭芭拉分校的化学和化学工程学教授斯科特说：“我们必须对塑料有很多积极的看法，”他担任UCSB Mellichamp可持续催化处理主席。“与此同时，我们意识到确实存在着这个严重的报废问题，这是意想不到的后果。”

研究人员解释说，使塑料如此有用的特性也是使它们如此持久的原因。这是它们的化学惰性-它们通常不会与环境中的其他成分发生反应。塑料管不会生锈或渗入供水中，塑料瓶可以储存腐蚀性化学物质，塑料涂层可以抵抗高温。

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

但是，这种惰性也使塑料自然分解的速度非常缓慢，而人工分解的能量消耗很大。

化学工程教授Abu-Omar解释说：“它们是用碳-碳和碳-氢键制成的，很难化学回收。”他是能源催化专业的教授，同时也是UCSB Mellichamp绿色化学主席。 。研究人员说，尽管在研究如何将塑料减少到其基本成分以实现可持续性方面投入了大量研究工作，但能源成本“困扰了该领域很长时间了”。当从提取的石油中提取相同成分的成本较低时，甚至将这些基本成分转化为高价值分子的好处也受到了限制。

“另一方面，如果我们可以将聚合物直接转化为这些更高价值的分子，并完全消除回到这些基本分子的高能步骤，那么我们将拥有一个低能耗的高价值工艺”，斯科特说。

这一创新思路产生了一种新的串联催化方法，该方法不仅可以直接从废聚乙烯塑料中制造出高价值的烷基芳族分子，而且还可以高效，低成本，低能耗地进行。

斯科特说：“我们将转换温度降低了数百度。” 根据该论文，常规方法需要500至1000°C的温度才能将聚烯烃链分解成小块，然后将它们重新组装成气体，液体和焦炭的混合产物，而该催化过程的最佳温度则徘徊在300°C附近。研究人员解释说，相对温和的反应条件有助于以更有选择性的方式将聚合物分解为润滑剂范围内的大多数较大分子。斯科特说：“而且，我们简化了流程步骤，因为我们没有进行多次转换。”

此外，该方法不需要溶剂或添加氢气，只需氧化铝上的铂(Pt / Al2O3)催化剂即可进行串联反应，既打破了这些坚韧的碳-碳键，又重新排列了聚合物的分子“骨架”，从而与这些分子形成结构。特色的六面环-高价值的烷基芳族分子，广泛用于溶剂，油漆，润滑剂，清洁剂，药品以及许多其他工业和消费产品中。