科技施“魔法” 廢棄塑料變成寶
作者:劉福來(中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所博士后)
小到一根吸管、大到一輛汽車,塑料制品已融入人類生活的方方面面。迄今為止,全球共生產(chǎn)了近100億噸塑料,只有大約10%被回收,剩余的則被焚燒、丟棄在垃圾填埋場或自然環(huán)境中。由于塑料本身具有很強(qiáng)的化學(xué)惰性,在自然條件下至少需要數(shù)百年才能完全降解,導(dǎo)致廢棄塑料在自然環(huán)境中不斷積累,對(duì)人類健康和生態(tài)環(huán)境造成威脅。傳統(tǒng)的塑料填埋方法占用大量土地資源,造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi),并對(duì)土壤、水資源、大氣等造成二次污染。全球每年有一千萬噸的廢棄塑料流入大海,給海洋生物造成致命威脅。此外,塑料制品工業(yè)生產(chǎn)全生命周期消耗石油占全球石油總量的8%,到2050年,塑料制造業(yè)預(yù)計(jì)將消耗全球約20%的石油資源,大量的廢棄塑料也造成資源的極大浪費(fèi)。因此,塑料的回收利用迫在眉睫。
目前,廢棄塑料的回收主要依賴于物理回收,但是物理回收存在處理的塑料種類有限、處理不徹底、利用率低和附加值低等不足之處,同時(shí)受技術(shù)條件限制,再生塑料品質(zhì)劣化,只能降級(jí)使用,最終仍將被丟棄,這種方式被稱為降級(jí)回收。相比之下,化學(xué)回收法則在化學(xué)或生物酶催化劑的作用下進(jìn)行斷鏈反應(yīng),將廢棄塑料聚合物解聚為單體,這些單體小分子既可用作制備其他化學(xué)品的原料,又可以被循環(huán)利用重新聚合為塑料,為廢棄塑料循環(huán)利用提供開創(chuàng)性的解決方案。但是目前的化學(xué)回收以熱催化為主,通常需要消耗大量的熱能,造成嚴(yán)重的碳排放,同時(shí)會(huì)釋放多種有毒有害氣體。因此,迫切需要發(fā)展新型、可持續(xù)的廢棄塑料化學(xué)回收策略。
近來,電化學(xué)催化技術(shù)逐漸成為納米材料和能源化學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。相比于傳統(tǒng)熱催化方法,電催化具有以下特點(diǎn):(1)活性物種可以在電極上通過得失電子原位生成,不需要額外加入氧化還原試劑;(2)反應(yīng)可在常溫常壓下進(jìn)行,條件溫和,對(duì)設(shè)備要求低,催化劑易回收;(3)調(diào)節(jié)電極電位即可控制產(chǎn)物選擇性和反應(yīng)速率,同時(shí)減少或避免副反應(yīng)的發(fā)生;(4)電能可由太陽能、水能、風(fēng)能、潮汐能等綠色可再生能源轉(zhuǎn)化而得,符合可持續(xù)發(fā)展的理念。因此,以可再生電能驅(qū)動(dòng)的電催化重整技術(shù)是實(shí)現(xiàn)廢棄塑料高值化利用的理想方案之一。
近日,中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所的科研人員提出電催化廢棄塑料升級(jí)再造策略。以聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)為例,通過電重整技術(shù),以水為媒介,可以將PET轉(zhuǎn)化升級(jí)為高附加值的乙醇酸和高純氫氣,為廢棄PET塑料的可持續(xù)高值化利用提供了一條新的途徑。
在我國,推動(dòng)實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展、促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)已成為“十四五”期間產(chǎn)業(yè)政策的主線,廢棄塑料回收再生符合綠色低碳和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的要求。我們相信在不遠(yuǎn)的將來,隨著技術(shù)革新,廢棄塑料回收即將成為新“財(cái)富”,多角度、經(jīng)濟(jì)高效的塑料升級(jí)回收技術(shù)也將迎來更廣闊的發(fā)展機(jī)會(huì)。
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