中新網(wǎng)上海8月18日電 (記者 陳靜)記者18日獲悉,中、德、美三國學(xué)者攜手成功開發(fā)出全球首創(chuàng)的室溫催化轉(zhuǎn)化技術(shù)。該技術(shù)首次實現(xiàn)了在常溫常壓條件下,將聚氯乙烯(PVC)和聚烯烴(PE、PP)等難降解混合塑料廢棄物一步高效轉(zhuǎn)化為高附加值燃油,轉(zhuǎn)化效率超過95%。
據(jù)悉,這一創(chuàng)新不僅攻克了含氯塑料回收的世界性難題,也為全球塑料污染治理提供了全新的解決方案。華東師范大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院全重實驗室張偉研究員團隊攜手德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)學(xué)者約翰內(nèi)斯·勒徹爾(Johannes A. Lercher)、美國太平洋西北國家實驗室末順 李(Mal-Soon Lee)教授獲得的突破性研究成果在最新一期國際知名期刊《科學(xué)》(Science)上發(fā)表。華東師范大學(xué)為該研究的第一完成單位,張偉研究員為第一作者兼通訊作者。
塑料已成為現(xiàn)代社會發(fā)展的一種重要基礎(chǔ)材料。自20世紀(jì)50年代工業(yè)化生產(chǎn)以來,憑借輕質(zhì)、耐用和成本優(yōu)勢,塑料被廣泛應(yīng)用于包裝、建材、電子、醫(yī)療及航空航天等領(lǐng)域。隨著全球需求持續(xù)增長,塑料產(chǎn)量快速攀升,累計產(chǎn)量已突破100億噸,其中約80%最終成為垃圾,造成資源浪費并引發(fā)嚴(yán)重環(huán)境問題。
據(jù)悉,目前國內(nèi)廢塑料存量突破10億噸,年新增量逾6000萬噸。從組分構(gòu)成看,聚烯烴(PE、PP)占比50%,聚氯乙烯(PVC)占10%。這兩大類塑料占比達六成,具有巨大的回收利用潛力。然而,當(dāng)前塑料的處理方式仍以填埋和焚燒為主,環(huán)境風(fēng)險明顯:填埋占用土地,并可能導(dǎo)致微塑料污染土壤和水體;焚燒能耗高、附加值低且碳排放大。尤其是PVC,在焚燒過程中易生成二噁英等有毒物質(zhì),對生態(tài)和人體健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。
塑料“升級回收”技術(shù)應(yīng)運而生。該技術(shù)通過化學(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)濟提供最具潛力的解決方案,還在緩解資源壓力的同時,為塑料廢棄物“變廢為寶”開辟了新篇章。
目前,含PVC的混合廢塑料化學(xué)回收,仍面臨重大技術(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)致催化劑中毒以及殘余氯超標(biāo)等問題,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。
針對這一難題,張偉團隊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。研究團隊巧妙地將這兩個工藝原理融合,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)。
這項突破性技術(shù)實現(xiàn)了三大創(chuàng)新:一是反應(yīng)條件革新,在常溫下即可完成轉(zhuǎn)化,能耗降低70%以上;二是工藝集成創(chuàng)新,將脫氯、裂解和烷基化三步反應(yīng)整合為單一過程;三是資源協(xié)同利用,創(chuàng)造性地利用石化副產(chǎn)物作為反應(yīng)介質(zhì),實現(xiàn)“以廢治廢”,實現(xiàn)廢塑料資源的高效增值利用。
實驗數(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)號汽油,碳原子利用率超過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可行的解決方案。
在采訪中,記者了解到,在技術(shù)設(shè)計上,團隊選擇了一種名為離子液體的催化劑。該催化劑不僅價格低廉、活性高、腐蝕性低,而且操作安全可靠,已在企業(yè)的工業(yè)烷基化裝置中得到驗證。與傳統(tǒng)高溫裂解相比,新技術(shù)常溫即可運行,安全環(huán)保,無有毒副產(chǎn)物,能有效阻斷氯污染,轉(zhuǎn)化為回收的氯化氫,溶于水即可生成無毒鹽酸(人體胃酸的主要成分),從而兼顧資源利用與環(huán)境安全。
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)備簡便、轉(zhuǎn)化效率高,特別適合依托現(xiàn)有煉化設(shè)施推廣,能夠“一站式”處理混合塑料,使每噸廢塑料的價值從填埋或焚燒的負收益升為正收益,真正實現(xiàn)“變廢為寶”。
未來,張偉團隊將充分發(fā)揮科研平臺優(yōu)勢,推動綠色催化技術(shù)產(chǎn)業(yè)化,通過與石化企業(yè)合作進行中試放大,實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。同時,他們計劃利用人工智能開發(fā)更高效催化體系,深入揭示塑料轉(zhuǎn)化的原子級機理,并借助華東師大及國際合作平臺推動技術(shù)全球推廣,為碳中和政策提供科學(xué)支撐,真正實現(xiàn)從實驗室到產(chǎn)業(yè)的全鏈條創(chuàng)新,為能源與環(huán)境的全球挑戰(zhàn)貢獻方案。(完)
編輯:金艷
責(zé)任編輯:余鳳
編審:吳山冠
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