聚乙烯废塑料温和可控降解的研究进展

席子桑

[本刊讯]中国科学院上海有机化学研究所黄正课题组和加州大学尔湾分校管治斌课题组合作，在聚乙烯废塑料降解研究取得重大突破，相关成果在线发表于ScienceAdvances，2016，2：e1501591。

塑料作为三大材料之一，在我们日常生活中扮演着极其重要的角色。但是塑料使用后回收利用率低，被弃置后难以降解，造成“白色垃圾”，成为目前世界面临的严峻问题。而聚乙烯是年产量最大的塑料产品（年产超过上亿吨），同时又是最惰性和稳定的高分子之一，且相较其他类型聚烯烃（如聚丙烯、聚苯乙烯）更加难以降解。

该研究利用交叉烷烃复分解催化策略，使用价廉量大的低碳烷烃作为反应试剂和溶剂（此类低碳烷烃在石油炼制中大量生成，不能作为燃油或天然气，使用价值非常有限），与聚乙烯发生重组反应，可有效降低聚乙烯碳链的长度和分子量。由于低碳烷烃在反应体系中过量存在，所以可多次参与和聚乙烯的重组反应，直至把分子量上万、甚至上百万的聚乙烯降解为清洁柴油。这种技术可以降解所有类型的聚乙烯，兼容商业级别聚乙烯中各种添加剂，还可以降解实际生活中产生的各种聚乙烯废塑料。

高温裂解方法的反应温度往往需要400℃以上，而且过程中产生包括气、油、蜡、焦等非常复杂的产物。产物分子结构包括直链烷烃、支链烷烃、烯烃、芳烃等等，产物利用价值低。与传统高温裂解方法相比，该技术具有反应条件温和，产物选择性高的优点。降解体系温度较低（150-200℃），无论起始聚乙烯废塑料结构如何，主要产生直链烷烃，且可以通过催化剂结构的调控或反应时间的控制，选择性地生成可作为柴油的C9到C22烷烃，或者分子量较低的聚乙烯蜡，这些聚乙烯蜡可作为添加剂在聚烯烃加工领域得到应用。该催化体系为解决“白色垃圾”环境污染提供了一种可能的途径，“变废为宝”，促进碳资源循环利用。目前研究团队正在发展更高效，成本更低的聚乙烯降解催化剂，为聚烯烃降解中试反应做准备。