学霸发明塑料垃圾回收新技术！清华团队新成果登顶刊

　　近日，《自然-通讯》上发表的一篇来自清华大学团队的论文研究，揭示了一种全新的塑料回收技术。经过电解和产物分离，研究人员将 1 公斤固体塑料成功转化为了具有商业价值的固体化学物质，例如二甲酸钾（常用于饲料）以及氢气燃料。
　　清华大学化学系段昊泓副教授是该项研究的负责人和论文的通讯作者，清华大学周华博士和北京化工大学任悦、栗振华副教授是该项研究的主要完成人和论文的共同第一作者。
　　PET塑料在包装领域有广泛应用，如用于饮料瓶等。随着许多地方的塑料废弃物与日俱增，相关生态系统被严重破坏。消除塑料垃圾的一个有效方法是将其转化成有较高价值的产品，称为＂升级回收＂，然而现有的升级回收技术并不理想。
　　在这项研究中，清华大学的团队使用镍基和钴基催化剂，在室温下促进PET转化为价值更高的产品。据研究报告介绍， 经过电解和产物分离，团队将固体塑料转化为具有商业价值的固体化学物质（例如动物饲料中常添加的二甲酸钾）以及氢燃料。 团队评估了这一过程的经济可行性，估计升级回收1吨塑料垃圾的净收入约为350美元，实验结果展示了未来以电化学升级回收策略清除塑料垃圾的潜力。
　　简单来说，这套技术方案大概分为以下几个过程进行理解：
　　1、PET 在碱性电解液中水解转化为对苯二甲酸和乙二醇单体；
　　2、PET 水解液中的乙二醇在阳极发生 C-C 键选择性断裂，生成甲酸盐，同时水在阴极还原生成氢气；
　　3、向电解液中加入甲酸，过滤得到高纯度对苯二甲酸（PTA），进一步浓缩滤液，结晶得到二甲酸钾（KDF）。
　　＂整个过程所用的原料都进入了最终产物，所以也不存在二次污染的情况。＂段昊泓课题组表示。
　　图｜乙二醇氧化用膜电极组件（MEA）（来源：Nature Communications）
　　值得关注的是， 电催化可以由可再生能源（太阳能、风能和水力）提供动力，这种技术代表了一种可持续且有吸引力的全新策略 ，可在温和条件下从阴极的水中生成清洁的氢气，并从阳极的有机化合物中生成增值氧化物。
　　初步技术经济分析（TEA）估计，在商业相关电流密度下，每吨废 PET 上循环的净收入约为 350 美元，展现了 PET 废物电催化向上循环转化为二甲酸钾（KDF）、精对苯二甲酸（PTA）和氢气的经济潜力。
　　关于本项研究的现实意义，段昊泓课题组对学术头条表示，塑料生产的主要原料仍是化石资源，因此，增加废弃塑料的回收率，有利推动碳中和的目标实现。 ＂目前，塑料回收的瓶颈主要在于整个工艺的经济可行性。与降级回收和单体回收相比，升级再造是一种具有前景的处理塑料的新策略，可以将废弃塑料看成一种可利用的碳基资源，通过催化反应将其转化为具有更高价值的产物，在未来有可能补偿高额的成本。＂
　　不过每一项科学技术从诞生到最终实现工业化都是一个漫长的过程。段昊泓课题组研究人员表示，这项技术从实验室规模迈向工业规模的关键之一，在于流动反应器的设计和优化。
　　当前，他们团队正在开发的新型无膜电堆，具有成本的，可规模化等优点，已经取得一些重要的研究进展，研究工作待发表，他们希望通过不断地优化催化剂、反应器、操作条件等，最终实现废弃资源转化的工业应用。
　　在塑料回收技术领域，如何提高废弃塑料升级再造整体工艺的经济可行性是难题之一。此外，对于化学惰性的塑料如聚乙烯，如何提高催化反应的性能也存在巨大挑战。＂为克服这些问题， 一方面需要通过开发新反应路径、合成新催化剂来实现高值产品的生产；另一方面是通过工艺的不断优化，降低生产成本。 ＂
　　科技改变生活，期待不久的将来，这项研究的持续突破能进一步改善工业界对塑料垃圾的治理和回收工作。
　　来源：学术头条
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