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全球塑料產(chǎn)業(yè)累計產(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，更引發(fā)全球性環(huán)境危機。如何讓難降解塑料真正“變廢為寶”？

日前，華東師范大學化學與分子工程學院全重實驗室張偉研究員團隊，聯(lián)合德國慕尼黑工業(yè)大學約翰內(nèi)斯·勒徹爾教授、美國太平洋西北國家實驗室李末順教授等國際專家，在國際頂刊《科學》上發(fā)表突破性成果。中外科學家們聯(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。

(資料圖片)

從石油煉制中獲啟示，實現(xiàn)三大顛覆性創(chuàng)新

作為全球最大的塑料生產(chǎn)與消費國，我國的廢塑料治理形勢尤為嚴峻。數(shù)據(jù)顯示，國內(nèi)廢塑料存量已突破10億噸，年新增量逾6000萬噸。從成分看，PE、PP占比50%，PVC占比10%，這兩類合計占比達60%，蘊含巨大回收潛力。但長期以來，我國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，焚燒則會釋放二噁英等有毒物質(zhì)，同時產(chǎn)生大量碳排放，環(huán)境風險顯著。

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“升級回收”技術(shù)應運而生。該技術(shù)通過化學轉(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”開辟新紀元。

在業(yè)界，對含PVC的混合廢塑料進行化學回收，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，再通過高溫裂解生成燃料或化學品。但該工藝存在能耗高、成本大、脫氯不徹底導致催化劑中毒，以及油品收率低、殘余氯超標等問題。這些瓶頸嚴重限制了PVC廢塑料在“雙碳”目標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”的全新概念，并開發(fā)出一步法轉(zhuǎn)化技術(shù)。

該技術(shù)實現(xiàn)了三大顛覆性創(chuàng)新：其一，反應條件革新，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、烷基化三步反應整合為單一過程，大幅簡化流程；其三，資源協(xié)同利用，創(chuàng)造性采用石化副產(chǎn)物作為反應介質(zhì)，實現(xiàn)“以廢治廢”，推動資源高效增值。

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。

從實驗室到產(chǎn)業(yè)端，推動塑料污染治理

值得一提的是，在產(chǎn)業(yè)應用上，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。

張偉介紹，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，已在美國雪佛龍與中石油的工業(yè)烷基化裝置中得到驗證。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，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”。

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》發(fā)表成果，但當時僅實現(xiàn)了PE、PP塑料的低溫轉(zhuǎn)化。此次最新研究在此基礎(chǔ)上進一步突破，不僅將更復雜的PVC廢塑料納入處理范圍，還將反應溫度降至常溫，從而實現(xiàn)對超過60%廢塑料的綠色高效回收。