清華大學(xué)和北京化工大學(xué)研究團隊報告了一種升級回收PET塑料新方法：該方法能變廢為寶，具有經(jīng)濟可行性，有助于管理塑料污染。

PET的化學(xué)全稱(chēng)為聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET），具有質(zhì)量輕、強度高、耐水等特性，常用于制作飲料瓶、衣物、地毯等。每年約生產(chǎn)7000萬(wàn)噸PET塑料用于包裝和紡織品，其中只有一小部分（<20%）得到回收。

研究人員提供了一種可持續新方案：使用儲量豐富的金屬基催化劑，將PET塑料轉化為價(jià)值更高的化學(xué)材料二甲酸鉀——一種新興且安全的動(dòng)物生長(cháng)促進(jìn)劑，以及清潔能源氫氣。

此研究于當地時(shí)間8月17日發(fā)布在國際知名學(xué)術(shù)期刊《自然-通訊》上，論文標題為《Electrocatalytic upcycling of polyethylene terephthalate to commodity chemicals and H2 fuel》（將PET電催化升級為商品化學(xué)品和氫氣燃料），論文通訊作者為清華大學(xué)化學(xué)系副教授段昊泓。

20世紀50年代初以來(lái)，人們生產(chǎn)的塑料已超過(guò)80億噸，其中79%的塑料被丟棄、堆積在垃圾填埋場(chǎng)或水體中，對環(huán)境和生物造成嚴重威脅。塑料回收對節約不可再生資源有重要意義，同時(shí)能夠減少二氧化碳排放。

傳統的塑料回收策略（如機械方法）成功率有限，回收率低于10%。而且與原始塑料相比，再生材料的性能較差，這通常叫做“降級回收”。

化學(xué)回收方法則通過(guò)將塑料廢棄物催化轉化為高質(zhì)量單體或升級為增值產(chǎn)品，從而獲得更多價(jià)值?；瘜W(xué)回收方法主要取決于催化劑效率、過(guò)程的可持續性和盈利能力。

“實(shí)際上，塑料的閉環(huán)回收在反應上不是難點(diǎn)，其瓶頸在于整個(gè)工藝的經(jīng)濟可行性。塑料化學(xué)回收主要包含三個(gè)過(guò)程：一、原料收集和預處理；二、催化轉化；三、產(chǎn)物分離?！逼渲?，過(guò)程一和三是成本和能耗的主要所在，而催化劑的貢獻主要在過(guò)程二中。段昊泓表示，“我們認為塑料回收的關(guān)鍵不只取決于催化劑，在增加產(chǎn)物價(jià)值、工藝優(yōu)化、政策調控等各方面都至關(guān)重要?！?br>
論文稱(chēng)，電催化可由可再生能源（太陽(yáng)能、風(fēng)能和水力發(fā)電）提供動(dòng)力，這是一種可持續且有吸引力的方式，可在溫和條件下從陰極的水和陽(yáng)極的有機化合物中產(chǎn)生清潔的氫氣。

電催化已經(jīng)在各種有機化合物的高效轉化上取得很大進(jìn)展。不過(guò)，將PET廢棄物電催化轉化為有價(jià)值的產(chǎn)品在很大程度上未得到探索。

“我們在這項工作中提出了電催化廢棄PET塑料升級再造的新策略，驗證了由廢棄PET制備高附加值的對苯二甲酸、二甲酸鉀和氫氣反應的可行性。通過(guò)工藝的整合以及產(chǎn)物價(jià)值的提高，使得該電催化PET升級再造策略具有潛在經(jīng)濟可行性?！倍侮汇鼘ε炫刃侣劊╳ww.thepaper.cn）記者介紹道。

此項研究中，研究者展示了一種電催化策略，在氫氧化鉀電解質(zhì)溶液中使用雙功能CoNi0.25P電催化劑，將PET轉化為具有高附加值的二甲酸鉀和對苯二甲酸的商品化學(xué)品，并產(chǎn)生副產(chǎn)物——氫氣。

具體而言：PET在堿性溶液中電解得到包括對苯二甲酸和乙二醇在內的單體，乙二醇在電解槽中通過(guò)陽(yáng)極CoNi0.25P催化氧化以>90%的選擇性通過(guò)進(jìn)行C-C鍵裂生成甲酸鹽，同時(shí)在陰極同一催化劑上產(chǎn)生氫氣。隨后，甲酸用作PET電解質(zhì)的酸化劑，用于對苯二甲酸沉淀和過(guò)濾再生，所得液流通過(guò)濃縮和結晶轉化為固體二甲酸鉀。

a，PET回收的常規路徑
b，電催化 PET 升級為商品化學(xué)品和氫氣（此項研究的路徑）。
c，不同電流密度下b中路徑的技術(shù)經(jīng)濟分析（TEA）
從催化劑的角度來(lái)看，地球鎳基和鈷基催化劑儲量豐富，它們達成了PET的高效升級回收和高產(chǎn)物選擇性，使得產(chǎn)物容易分離。

“在反應產(chǎn)物中，二甲酸鉀具有生物活性，能抑制大腸桿菌，沙門(mén)氏菌等有害微生物的繁殖，促進(jìn)動(dòng)物生長(cháng)，是一種理想的非抗生素類(lèi)飼料添加劑，可替代抗生素促生長(cháng)劑，已于2001年由歐盟批準使用。隨著(zhù)我國采取立法手段禁用飼料添加抗生素，二甲酸鉀在國內具有廣闊成長(cháng)空間?！倍侮汇硎?。

研究者評估了這一過(guò)程的經(jīng)濟可行性：在商業(yè)通用電流密度 （>300 mA cm2） 下，1噸廢舊 PET 的升級回收凈收入約為 350 美元。

PET升級回收
就技術(shù)的產(chǎn)業(yè)應用，段昊泓說(shuō)，每一項科學(xué)技術(shù)從誕生到最終實(shí)現工業(yè)化都是一條漫長(cháng)的過(guò)程。

“我們認為這項技術(shù)從實(shí)驗室規模邁向工業(yè)規模的關(guān)鍵之一在于流動(dòng)反應器的設計和優(yōu)化。目前我們正在開(kāi)發(fā)的新型無(wú)膜電堆，具有成本低，可規?；葍?yōu)點(diǎn)，已經(jīng)取得一些進(jìn)展，研究工作待發(fā)表?！倍侮汇f(shuō)，“我們希望通過(guò)不斷地優(yōu)化催化劑、反應器、操作條件等，最終實(shí)現廢棄資源轉化的工業(yè)應用?！?br>
此項研究工作可能為從塑料廢物中制備增值商品化學(xué)品和清潔氫氣燃料的盈利性和可持續發(fā)展開(kāi)辟一條途徑。

關(guān)于PET 升級回收的下一步研究，段昊泓表示，“我們下一步將開(kāi)發(fā)更高效的反應器用于規?；腜ET升級回收，開(kāi)展低成本塑料單體回收工藝，發(fā)展PET轉化為其他高附加值產(chǎn)品新路徑，同時(shí)挑戰更有難度的聚乙烯等塑料的催化轉化?！?/p>