四川大学王玉忠院士团队《J. Energy Chem.》综述：废塑料的化学循环与升级回收

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在所有现有材料中，塑料无疑是用途最广泛的材料之一。然而，塑料产量的急剧增加以及材料难降解的特性导致了大量的塑料废弃物，其回收率不足10%，造成了严重的资源浪费以及一系列环境生态问题。目前的回收方式普遍存在能耗大、回收产品利用率低、附加值低、过程中产生其他废弃物等问题。开发高效的塑料化学循环与升级回收技术对于有效减小碳排放、避免资源浪费与环境污染具有重要意义。四川大学环保型高分子材料国家地方联合工程实验室王玉忠院士团队在高分子材料的循环与升级回收领域开展了二十多年的研究，近年取得了一些突破性进展。（Mater. Horiz.,2019, 6, 1733-1739; Mater. Horiz.,2021, 8, 234-243；ACS Sustain. Chem. Eng., 2020, 8, 2226−2235; Green Chem.,2019, 21, 3006–3012; Green Chem., 2019, 21(9): 2487-2493; Chem. Eng. J., 2019, 361, 21–30; J. Hazard. Mater., 2020, 384, 121465; ACS Sustain. Chem. Eng., 2020, 8, 16010−16019; ChemSusChem, 2022, DOI: 10.1002/cssc.202101607）。近日，该团队总结了最近开发的关于商品塑料的化学回收方法，特别是从单一原始或混合塑料废弃物中生产燃料、高价值化学品和先进材料的新化学循环与升级回收途径，重点介绍了新的催化剂设计以及催化路径和技术，包括氢解、氧化、溶剂解、功能化、串联路径和碳化，实现以废塑料为原料合成燃料、高价值化学品和功能材料。
 
作者重点介绍了新路径中的催化剂设计理念，并对比了各类路径的优势和挑战。这些方法展示了废塑料可以作为一种原材料生产清洁的氢气、高质量的液体燃料、高值化学品和新型储能材料，有助于相关研究学者开发更多塑料化学循环与升级回收的方法，为最终建立塑料循环经济提供助力。作者在最后提出了该领域的挑战及未来值得关注的发展方向：
（1）从经济角度考虑，新开发的有价值的塑料升级回收方法的关键在于能高效地形成性能优良、市场价值可观的回收产品。除了燃料和储能材料，将商品废塑料转化为高价值化学品和功能材料也是塑料升级回收领域的一个不错的选择，如吸附材料、粘合剂和油水分离材料等。
（2）使用真正的废塑料作为原料，而不是模型聚合物，因为研究中两者明显的差异可能会阻碍它们的进一步应用。由于分离不同化合物或消除塑料废物中的杂质成本很高，一个新开发成功的催化升级回收路径不仅取决于产品的附加值，还取决于该路径能有效地应用在高含量杂质的物料中。原料问题正在成为塑料回收的最大瓶颈之一。在现有的化学升级回收方法中，有少数案例使用氢解、碳化和光重整策略将混合商品塑料转化为碳氢燃料、碳材料和清洁H₂，展示了它们在大规模处理真实废塑料中的潜力。
（3）设计新的或改进的催化剂使其在工艺过程中具有更高的稳定性或易于再生是非常重要的。贵金属纳米催化剂（Pt、Ru 等）在反应条件下不易聚集，广泛用于传统的热解和新的化学循环与升级回收路径。然而，考虑需处理的废塑料数量巨大，应用的贵金属需求量大成本高。因此，要开发稳定性好的贵金属替代的非金属纳米催化剂在该领域具有特别重要的意义。
该文以 “From trash to treasure: Chemical recycling and upcycling of commodity plastic waste to fuels, high-valued chemicals and advanced materials”为题发表在Journal of Energy Chemistry上。该文的第一作者和通讯作者为四川大学环保型高分子材料国家地方联合工程实验室张帆研究员，王玉忠院士为共同通讯作者。 论文链接https://doi.org/10.1016/j.jechem.2021.12.052

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