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記者近日從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校曾杰教授課題組在塑料循環(huán)升級(jí)領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。據(jù)了解，研究人員設(shè)計(jì)出一種“氫呼吸”策略，在無(wú)需額外添加氫氣或溶劑的情況下將高密度聚乙烯塑料轉(zhuǎn)化為高附加值的環(huán)狀烴類，為廢棄塑料的“人工碳循環(huán)”提供了新方法。
高密度聚乙烯塑料在催化劑的作用下降解示意圖。（曾杰教授課題組供圖）
日常生活中，塑料制品隨處可見(jiàn)，然而人們?cè)谙硎芩芰蠋?lái)的便利的同時(shí)，也在承受著塑料污染對(duì)自然環(huán)境和人類健康的負(fù)面影響。解決“白色污染”問(wèn)題，已迫在眉睫。
聚乙烯塑料是五大通用塑料之一，其穩(wěn)定性很高，難以自然降解。考慮到聚乙烯和石油相似的化學(xué)結(jié)構(gòu)與組成，在此項(xiàng)研究工作中，曾杰等人借鑒石油工業(yè)的技術(shù)，把廢棄聚乙烯塑料當(dāng)成一種“固體石油”，來(lái)加工制備石油基下游化學(xué)產(chǎn)品。
石油工業(yè)中的兩個(gè)過(guò)程引起了研究人員的注意：一個(gè)是短鏈的汽油餾分催化重整得到更高附加值的環(huán)狀烴，這個(gè)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生氫氣；另一個(gè)是重質(zhì)油加氫裂化制備短鏈烴，這個(gè)過(guò)程會(huì)消耗氫氣。
在這兩個(gè)過(guò)程的啟發(fā)下，研究人員設(shè)計(jì)出了一種“氫呼吸”策略用以降解高密度聚乙烯塑料。他們開(kāi)發(fā)的分子篩負(fù)載金屬釕催化劑，可以一邊讓塑料成環(huán)脫氫變成環(huán)狀烴，“呼”出氫氣，一邊又讓塑料“吸”入其自身釋放的氫氣，并裂解變成短鏈烴。
研究人員介紹，這一策略利用聚乙烯自身的氫原子替代外加的氫氣，實(shí)現(xiàn)了氫元素的“自產(chǎn)自銷”，不僅降低了成本，還得到了更高價(jià)值的環(huán)狀烴產(chǎn)物。據(jù)了解，環(huán)狀烴是一種重要的石油化學(xué)產(chǎn)品，可以作為合成藥物、染料、樹(shù)脂和纖維的原材料，用途廣泛。
中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所研究員韓布興評(píng)價(jià)道：“這項(xiàng)研究工作將廢棄聚乙烯塑料這類環(huán)境污染物用于制備石油基化學(xué)產(chǎn)品，為廢棄塑料的‘人工碳循環(huán)’提供了新方法，為石油的部分替代提出了新思路。”
研究成果日前發(fā)表于國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然·納米技術(shù)》。
