聚乙烯廢塑料溫和可控降解的研究進(jìn)展

席子桑

[本刊訊]中國科學(xué)院上海有機化學(xué)研究所黃正課題組和加州大學(xué)爾灣分校管治斌課題組合作，在聚乙烯廢塑料降解研究取得重大突破，相關(guān)成果在線發(fā)表于ScienceAdvances，2016，2：e1501591。

塑料作為三大材料之一，在我們?nèi)粘Ｉ钪邪缪葜鴺O其重要的角色。但是塑料使用后回收利用率低，被棄置后難以降解，造成“白色垃圾”，成為目前世界面臨的嚴(yán)峻問題。而聚乙烯是年產(chǎn)量最大的塑料產(chǎn)品（年產(chǎn)超過上億噸），同時又是最惰性和穩(wěn)定的高分子之一，且相較其他類型聚烯烴（如聚丙烯、聚苯乙烯）更加難以降解。

該研究利用交叉烷烴復(fù)分解催化策略，使用價廉量大的低碳烷烴作為反應(yīng)試劑和溶劑（此類低碳烷烴在石油煉制中大量生成，不能作為燃油或天然氣，使用價值非常有限），與聚乙烯發(fā)生重組反應(yīng)，可有效降低聚乙烯碳鏈的長度和分子量。由于低碳烷烴在反應(yīng)體系中過量存在，所以可多次參與和聚乙烯的重組反應(yīng)，直至把分子量上萬、甚至上百萬的聚乙烯降解為清潔柴油。這種技術(shù)可以降解所有類型的聚乙烯，兼容商業(yè)級別聚乙烯中各種添加劑，還可以降解實際生活中產(chǎn)生的各種聚乙烯廢塑料。

高溫裂解方法的反應(yīng)溫度往往需要400℃以上，而且過程中產(chǎn)生包括氣、油、蠟、焦等非常復(fù)雜的產(chǎn)物。產(chǎn)物分子結(jié)構(gòu)包括直鏈烷烴、支鏈烷烴、烯烴、芳烴等等，產(chǎn)物利用價值低。與傳統(tǒng)高溫裂解方法相比，該技術(shù)具有反應(yīng)條件溫和，產(chǎn)物選擇性高的優(yōu)點。降解體系溫度較低（150-200℃），無論起始聚乙烯廢塑料結(jié)構(gòu)如何，主要產(chǎn)生直鏈烷烴，且可以通過催化劑結(jié)構(gòu)的調(diào)控或反應(yīng)時間的控制，選擇性地生成可作為柴油的C9到C22烷烴，或者分子量較低的聚乙烯蠟，這些聚乙烯蠟可作為添加劑在聚烯烴加工領(lǐng)域得到應(yīng)用。該催化體系為解決“白色垃圾”環(huán)境污染提供了一種可能的途徑，“變廢為寶”，促進(jìn)碳資源循環(huán)利用。目前研究團(tuán)隊正在發(fā)展更高效，成本更低的聚乙烯降解催化劑，為聚烯烴降解中試反應(yīng)做準(zhǔn)備。