近日，大連化物所仿生催化合成研究組（211組）陳慶安研究員團(tuán)隊(duì)在聚烯烴塑料回收方面取得新進(jìn)展，開發(fā)出以廢聚氯乙烯（PVC）為光熱試劑原料、以太陽能為能源的聚烯烴光熱回收新技術(shù)，為聚烯烴光熱回收提供了新思路。
全球塑料年產(chǎn)量已超 3.6 億噸，其中聚烯烴如高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）等占比超50%。然而，聚烯烴化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，自然條件下需數(shù)百年才能降解。目前，聚烯烴的回收利用率仍有較大提升空間，填埋、焚燒等現(xiàn)有處理方式在資源循環(huán)利用和環(huán)境污染物排放方面仍面臨挑戰(zhàn)，其進(jìn)一步綠色化和高值化是未來發(fā)展的重要方向。此外，由于PVC中含大量塑化劑，會降低自身及混合塑料的可回收性，加熱過程中還易釋放氯化氫，導(dǎo)致反應(yīng)器腐蝕、催化劑中毒，成為混合聚烯烴回收的“攔路虎”。
在本工作中，陳慶安團(tuán)隊(duì)在前期相關(guān)研究（Angew. Chem. Int. Ed.，2021；Nat. Chem.，2024）的基礎(chǔ)上，提出“以廢治廢”策略，通過溴化物催化氯轉(zhuǎn)移反應(yīng)，使廢棄 PVC 脫氯轉(zhuǎn)化為高附加值氯代產(chǎn)物，同時將PVC 自身轉(zhuǎn)化為共軛結(jié)構(gòu)的光熱材料（dPVC）。該材料具備優(yōu)異的全光譜太陽光吸收能力，可見光區(qū)吸收率超過90%，在聚集太陽光照射下，可快速使反應(yīng)體系升溫，滿足聚烯烴C-C鍵斷裂需求，且全程無需消耗化石能源。利用該光熱材料，僅需在聚集的陽光下照射2至3分鐘，HDPE、LDPE、PP等聚烯烴即可轉(zhuǎn)化為富含端烯結(jié)構(gòu)的蠟狀產(chǎn)物，這些產(chǎn)物可進(jìn)一步用于合成表面活性劑等高值化學(xué)品；聚苯乙烯 （PS）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、苯乙烯-丙烯腈共聚物（SAN）等則可轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的單體。
此外，該策略可實(shí)現(xiàn)無需分揀過程，直接處理實(shí)際回收中的混合塑料，各產(chǎn)物產(chǎn)率與單一塑料降解效果相當(dāng)。例如，以含有大量塑化劑的PVC手套、管材為原料制備的dPVC，仍能有效降解PS。HDPE塑料桶、LDPE塑料袋、PP塑料保鮮盒、PS塑料杯、PMMA塑料板材等日常廢塑料，均能通過該策略實(shí)現(xiàn)高值化轉(zhuǎn)化。目前，該策略已通過公斤級驗(yàn)證，僅使用0.1wt%的dPVC，即可降解1公斤一次性PS塑料杯，獲得0.97公斤液體產(chǎn)物，其中苯乙烯回收率達(dá)到55%。dPVC還具備優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)自優(yōu)化特性。實(shí)驗(yàn)表明，dPVC經(jīng)10次循環(huán)使用后，仍能保持較高的聚烯烴降解能力?；厥蘸蟮膁PVC可利用太陽光進(jìn)一步脫除殘留氯，其共軛雙鍵數(shù)量增加，紅外光吸收能力與熱穩(wěn)定性提升。
相關(guān)研究成果以“Recycling of polyolefins using recycled PVC under sunlight”為題，發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communication）。該工作的第一作者是大連化物所211組副研究員劉恒。上述研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、大連市科技創(chuàng)新人才等項(xiàng)目的資助。
