中新網(wǎng)上海8月18日電 (記者 陳靜)記者18日獲悉，中、德、美三國學(xué)者攜手成功開發(fā)出全球首創(chuàng)的室溫催化轉(zhuǎn)化技術(shù)。該技術(shù)首次實(shí)現(xiàn)了在常溫常壓條件下，將聚氯乙烯(PVC)和聚烯烴(PE、PP)等難降解混合塑料廢棄物一步高效轉(zhuǎn)化為高附加值燃油，轉(zhuǎn)化效率超過95%。
據(jù)悉，這一創(chuàng)新不僅攻克了含氯塑料回收的世界性難題，也為全球塑料污染治理提供了全新的解決方案。華東師范大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院全重實(shí)驗(yàn)室張偉研究員團(tuán)隊(duì)攜手德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)學(xué)者約翰內(nèi)斯·勒徹爾(Johannes A. Lercher)、美國太平洋西北國家實(shí)驗(yàn)室末順 李(Mal-Soon Lee)教授獲得的突破性研究成果在最新一期國際知名期刊《科學(xué)》(Science)上發(fā)表。華東師范大學(xué)為該研究的第一完成單位，張偉研究員為第一作者兼通訊作者。
塑料已成為現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的一種重要基礎(chǔ)材料。自20世紀(jì)50年代工業(yè)化生產(chǎn)以來，憑借輕質(zhì)、耐用和成本優(yōu)勢，塑料被廣泛應(yīng)用于包裝、建材、電子、醫(yī)療及航空航天等領(lǐng)域。隨著全球需求持續(xù)增長，塑料產(chǎn)量快速攀升，累計(jì)產(chǎn)量已突破100億噸，其中約80%最終成為垃圾，造成資源浪費(fèi)并引發(fā)嚴(yán)重環(huán)境問題。
據(jù)悉，目前國內(nèi)廢塑料存量突破10億噸，年新增量逾6000萬噸。從組分構(gòu)成看，聚烯烴(PE、PP)占比50%，聚氯乙烯(PVC)占10%。這兩大類塑料占比達(dá)六成，具有巨大的回收利用潛力。然而，當(dāng)前塑料的處理方式仍以填埋和焚燒為主，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)明顯：填埋占用土地，并可能導(dǎo)致微塑料污染土壤和水體；焚燒能耗高、附加值低且碳排放大。尤其是PVC，在焚燒過程中易生成二噁英等有毒物質(zhì)，對(duì)生態(tài)和人體健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。
塑料“升級(jí)回收”技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。該技術(shù)通過化學(xué)轉(zhuǎn)化突破了傳統(tǒng)回收的局限，不僅能夠?qū)U塑料轉(zhuǎn)化為高附加值產(chǎn)品，為循環(huán)經(jīng)濟(jì)提供最具潛力的解決方案，還在緩解資源壓力的同時(shí)，為塑料廢棄物“變廢為寶”開辟了新篇章。
目前，含PVC的混合廢塑料化學(xué)回收，仍面臨重大技術(shù)挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的“脫氯—裂解”兩步法通常先用脫氯劑去除氯元素，再通過高溫裂解生成燃料或化學(xué)品。但該工藝存在能耗高、成本大、脫氯不徹底導(dǎo)致催化劑中毒以及殘余氯超標(biāo)等問題，嚴(yán)重限制了PVC廢塑料在“雙碳”目標(biāo)下的高效資源化利用。
針對(duì)這一難題，張偉團(tuán)隊(duì)從石油煉制工藝中獲得關(guān)鍵啟示，創(chuàng)新性地提出了塑料低溫催化轉(zhuǎn)化的新策略。傳統(tǒng)石油加工包含兩個(gè)核心步驟：高溫催化裂化將重質(zhì)油轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)組分以及低溫烷基化反應(yīng)提升油品質(zhì)量。研究團(tuán)隊(duì)巧妙地將這兩個(gè)工藝原理融合，首次提出“塑料催化裂解—烷基化耦合反應(yīng)”的全新概念，并開發(fā)出一步法轉(zhuǎn)化技術(shù)。
這項(xiàng)突破性技術(shù)實(shí)現(xiàn)了三大創(chuàng)新：一是反應(yīng)條件革新，在常溫下即可完成轉(zhuǎn)化，能耗降低70%以上；二是工藝集成創(chuàng)新，將脫氯、裂解和烷基化三步反應(yīng)整合為單一過程；三是資源協(xié)同利用，創(chuàng)造性地利用石化副產(chǎn)物作為反應(yīng)介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)“以廢治廢”，實(shí)現(xiàn)廢塑料資源的高效增值利用。
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，該技術(shù)可將混合廢塑料一步轉(zhuǎn)化為高標(biāo)號(hào)汽油，碳原子利用率超過95%。這種“分子煉油”技術(shù)不僅大幅提升了塑料回收的經(jīng)濟(jì)性，也建立了完整的資源循環(huán)利用鏈條，為全球塑料污染治理提供了切實(shí)可行的解決方案。
在采訪中，記者了解到，在技術(shù)設(shè)計(jì)上，團(tuán)隊(duì)選擇了一種名為離子液體的催化劑。該催化劑不僅價(jià)格低廉、活性高、腐蝕性低，而且操作安全可靠，已在企業(yè)的工業(yè)烷基化裝置中得到驗(yàn)證。與傳統(tǒng)高溫裂解相比，新技術(shù)常溫即可運(yùn)行，安全環(huán)保，無有毒副產(chǎn)物，能有效阻斷氯污染，轉(zhuǎn)化為回收的氯化氫，溶于水即可生成無毒鹽酸(人體胃酸的主要成分)，從而兼顧資源利用與環(huán)境安全。
在產(chǎn)業(yè)應(yīng)用上，該技術(shù)與現(xiàn)有煉化工藝高度兼容，能耗低、設(shè)備簡便、轉(zhuǎn)化效率高，特別適合依托現(xiàn)有煉化設(shè)施推廣，能夠“一站式”處理混合塑料，使每噸廢塑料的價(jià)值從填埋或焚燒的負(fù)收益升為正收益，真正實(shí)現(xiàn)“變廢為寶”。
未來，張偉團(tuán)隊(duì)將充分發(fā)揮科研平臺(tái)優(yōu)勢，推動(dòng)綠色催化技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，通過與石化企業(yè)合作進(jìn)行中試放大，實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。同時(shí)，他們計(jì)劃利用人工智能開發(fā)更高效催化體系，深入揭示塑料轉(zhuǎn)化的原子級(jí)機(jī)理，并借助華東師大及國際合作平臺(tái)推動(dòng)技術(shù)全球推廣，為碳中和政策提供科學(xué)支撐，真正實(shí)現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)室到產(chǎn)業(yè)的全鏈條創(chuàng)新，為能源與環(huán)境的全球挑戰(zhàn)貢獻(xiàn)方案。(完)
編輯：金艷
責(zé)任編輯：余鳳
編審：吳山冠
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