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華東師范大學趙晨教授團隊《Nat. Commun.》: 廢棄塑料PET轉化為汽車燃料和防凍劑

2022-06-13 來源：高分子科技

聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）是最豐富的聚酯塑料，廣泛應用于紡織品與包裝行業，為人類生活帶來極大便利。但每年約有千萬噸的廢棄PET排入海洋，水體以及海洋生物的健康受到微塑料的嚴重威脅。為解決白色塑料污染問題，實現廢舊塑料的回收與再利用，華東師范大學趙晨團隊開發了一種在無氫條件下，一鍋法將聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）定量轉化為對二甲苯（PX）和乙二醇（EG）的低成本工藝。該工藝使用甲醇作為解聚與供氫溶劑，改性非貴金屬Cu/SiO₂為催化劑，集合PET醇解、甲醇脫氫與DMT選擇性加氫脫氧過程為一體，實現了廢棄聚酯塑料直接轉化為汽油燃料和防凍劑成分，為海洋塑料問題的解決提供了可行的方案（圖1）。

圖1. PET廢料的解聚和轉化策略

高效率轉化塑料的催化劑歸因于在傳統水熱合成Cu/SiO₂的過程中添加適量的NaCl，Na⁺占據SiO₂表面的部分硅羥基，從而抑制了層狀硅酸銅的成核和生長。溶液中的Cu²⁺只能與SiO₂表面剩余的硅羥基結合形成分散、孤立但結構致密的硅酸銅顆粒。經過還原后得到的Cu基催化劑具有高Cu⁺/Cu⁰比，為甲醇脫氫以及DMT選擇性加氫提供了豐富的活性位點。（圖2）

圖2.水熱合成過程中引入不同量NaCl的Cu/SiO₂催化劑形成機理

研究者利用該體系對普吉島海灘沉積物的塑料轉化潛力進行了預測。通過對島上常見可口可樂瓶、麥當勞飲料蓋、一次性餐盒、包裝袋以及滌綸布料等不同來源的 PET 塑料進行催化轉化，得出每噸塑料沉積物含331 kg PET，在最佳條件下可通過該體系得到181 kg的汽油添加物（對二甲苯）和105 kg的防凍液（乙二醇）作為島上汽車的能源儲備。

圖3. PET催化轉化應用于普吉島海灘沉積物

相關成果以“Converting waste PET plastics into automobile fuels and antifreeze components” 為題發表于Nature Communications (Nat. Commun., 2022, 13, 3343-3351)，并申請發明專利202010248576.5。華東師范大學碩士研究生高志文為第一作者，馬冰博士、趙晨教授為本文的共同通訊作者。該工作得到國家重點研發計劃（項目號No. 2016YFB0701100）與青年千人計劃等項目的資助。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-31078-w

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（責任編輯：xu）

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