全球塑料產(chǎn)業(yè)累計(jì)產(chǎn)量已突破100億噸，其中約80%最終淪為垃圾，既造成巨量資源浪費(fèi)，更引發(fā)全球性環(huán)境危機(jī)。如何讓難降解塑料真正“變廢為寶”？

日前，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)，聯(lián)合德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)約翰內(nèi)斯·勒徹爾教授、美國(guó)太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室李末順教授等國(guó)際專家，在國(guó)際頂刊《科學(xué)》上發(fā)表突破性成果。中外科學(xué)家們聯(lián)手開發(fā)全球首創(chuàng)的室溫催化轉(zhuǎn)化技術(shù)，首次實(shí)現(xiàn)常溫常壓下將聚氯乙烯(PVC)與聚烯烴(PE、PP)等混合廢塑料一步轉(zhuǎn)化為高附加值燃油，轉(zhuǎn)化效率超95%——這一新技術(shù)的出現(xiàn)，為破解塑料污染難題提供了全新的方案。

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從石油煉制中獲啟示，實(shí)現(xiàn)三大顛覆性創(chuàng)新

作為全球最大的塑料生產(chǎn)與消費(fèi)國(guó)，我國(guó)的廢塑料治理形勢(shì)尤為嚴(yán)峻。數(shù)據(jù)顯示，國(guó)內(nèi)廢塑料存量已突破10億噸，年新增量逾6000萬(wàn)噸。從成分看，PE、PP占比50%，PVC占比10%，這兩類合計(jì)占比達(dá)60%，蘊(yùn)含巨大回收潛力。但長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)廢塑料處理仍以填埋和焚燒為主，而填埋需占用大量土地且易造成土壤、地下水污染，焚燒則會(huì)釋放二噁英等有毒物質(zhì)，同時(shí)產(chǎn)生大量碳排放，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)顯著。

此次論文的第一作者兼通訊作者張偉介紹，在這一背景下，塑料“升級(jí)回收”技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。該技術(shù)通過(guò)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”開辟新紀(jì)元。

在業(yè)界，對(duì)含PVC的混合廢塑料進(jìn)行化學(xué)回收，一直面臨重大技術(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(guò)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，以及油品收率低、殘余氯超標(biāo)等問(wèn)題。這些瓶頸嚴(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)。

該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了三大顛覆性創(chuàng)新：其一，反應(yīng)條件革新，將轉(zhuǎn)化溫度降至常溫，能耗較傳統(tǒng)工藝降低70%以上；其二，工藝集成創(chuàng)新，將脫氯、裂解、烷基化三步反應(yīng)整合為單一過(guò)程，大幅簡(jiǎn)化流程；其三，資源協(xié)同利用，創(chuàng)造性采用石化副產(chǎn)物作為反應(yīng)介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)“以廢治廢”，推動(dòng)資源高效增值。

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(guò)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。

從實(shí)驗(yàn)室到產(chǎn)業(yè)端，推動(dòng)塑料污染治理

值得一提的是，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(jiǎn)便、轉(zhuǎn)化效率高，特別適合依托現(xiàn)有煉化設(shè)施推廣。

張偉介紹，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，已在美國(guó)雪佛龍與中石油的工業(yè)烷基化裝置中得到驗(yàn)證。該技術(shù)利用離子液體，可將混合廢塑料幾乎完全轉(zhuǎn)化為無(wú)氯的高品質(zhì)燃料。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(wú)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(wú)毒鹽酸，從而兼顧資源利用與環(huán)境安全。

如今，使用該技術(shù)已能夠“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”。

值得一提的是，早在2023年，張偉以第一作者兼通訊作者身份在《科學(xué)》發(fā)表成果，但當(dāng)時(shí)僅實(shí)現(xiàn)了PE、PP塑料的低溫轉(zhuǎn)化。此次最新研究在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步突破，不僅將更復(fù)雜的PVC廢塑料納入處理范圍，還將反應(yīng)溫度降至常溫，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)超過(guò)60%廢塑料的綠色高效回收。

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