解决“白色污染”，迫在眉睫。

6月27日， 中国科大传来消息：该校曾杰教授课题组在塑料循环升级领域取得突破性进展。 研究人员设计出一种“氢呼吸”策略， 在无需额外添加氢气或溶剂的情况下，将高密度聚乙烯塑料转化为高附加值的，可以合成药物、染料、树脂和纤维的原材料——环状烃类，为废弃塑料的“人工碳循环”提供了新方法。

固体石油

(资料图)

聚乙烯塑料是五大通用塑料之一，其“骨架”是由碳原子相连而成，稳定性很高，难以自然降解。处理废弃塑料，一般有焚烧或填埋两种方式，但是均会带来不同程度的污染。

鉴于 聚乙烯和石油具有相似的化学结构与组成，曾杰等人大胆猜想：能否直接把聚乙烯当成一种“固体石油”，借鉴石油化工的技术，用以合成石油的下游化学产品？ 如此不仅可以有效降解废弃塑料，减轻对环境的污染，还能高效升级塑料中储量较大的碳资源。

曾杰（中）等人正在调试催化反应装置。王梦颖 摄

于是，研究人员以聚乙烯为原料进行“加氢裂化”实验，并顺利转化为汽油馏分的链状烃产品，进一步证实了聚乙烯就相当于“固体石油”。

“正如‘加氢裂化’字面上的意思，这个过程需要消耗大量氢气，而氢气本身非常昂贵。此外，现有制氢工艺还会造成碳排放。”曾杰说，他们进一步从改进工艺着手，试图在不使用氢气的条件下，实现废弃聚乙烯塑料的循环升级。

动态“氢呼吸”

在石油加工中，催化重整作为一种重要手段，可产生氢气，而加氢裂化消耗氢气。如果将这两个过程串联并应用于聚乙烯降解，就相当于一边让塑料成环脱氢变成环状烃“呼”出氢气，一边让塑料“吸”入氢气裂解变成短链。

“要实现动态‘氢呼吸’，找到一种合适的催化剂是关键。”曾杰介绍，这一策略不仅可以降低成本，而且节能减排，从而实现氢元素的“自产自销”。研究人员开发出一种新型催化剂——分子筛负载金属钌催化剂，可以使聚乙烯顺利发生脱氢环化过程，并释放出氢气，顺利引发后续的加氢裂化过程。

高密度聚乙烯塑料在催化剂的作用下降解示意图。曾杰团队供图

塑料降解新路线

最终，在分子筛负载金属钌催化剂的作用下， 经过24小时的催化反应，高密度聚乙烯塑料的转化率达到69.6%。 其中，主要降解产物是液体环状烃。

中国科大曾杰教授手持聚乙烯塑料粉末与降解产物环状烃。王梦颖 摄

环状烃是高附加值的化工品之一，可以作为合成药物、染料、树脂和纤维的原材料，用途广泛。研究人员还发现，不论用聚乙烯的粉末、保鲜膜或者塑料瓶，都可以达到同样的循环升级效果。

6月26日，研究成果发表在国际知名学术期刊《自然·纳米技术》上。中国科学院院士、石油化工专家何鸣元教授认为， “这项工作巧妙地结合了炼油工业中催化重整和加氢裂化两个过程的基本原理，以氢的完美平衡实现塑料降解新路线，是塑料降解科学技术的重大突破。”

“未来，我们将开发不含贵金属钌的催化剂，降低催化剂成本，同时引入自然界体量较大且廉价易得的共反应物，进一步提高产物的价值。”曾杰说。

文字 | 全媒体记者 葛清政 通讯员 王敏