快科技8月19日消息,據媒體報道,華東師範大學化學與分子工程學院張偉研究員團隊聯合德國慕尼黑工業大學Johannes A. Lercher院士、美國太平洋西北國家實驗室Mal-Soon Lee教授等國際專家,在國際頂級期刊《科學》(Science)上發表了突破性研究成果。
該團隊成功開發出全球首創的室溫催化轉化技術,首次實現了在常溫常壓條件下,將包含難降解聚氯乙烯(PVC)和聚烯烴的混合塑料廢棄物一步高效轉化為高附加值燃油,轉化效率超過95%,為全球塑料污染治理提供了切實可行的創新方案。
塑料作為現代社會的關鍵基礎材料,全球累計產量已突破100億噸,其中約80%最終成為垃圾,造成嚴重的資源浪費和環境壓力。我國作為全球最大的塑料生產與消費國,廢塑料存量超10億噸,年新增量逾6000萬噸。
其中,聚烯烴(PE、PP)占比50%,聚氯乙烯(PVC)占10%,二者合計占比達六成,回收潛力巨大。然而,當前處理方式仍以填埋和焚燒為主,存在占用土地、微塑料污染、高能耗、高碳排放等環境風險。
特別是含PVC的混合廢塑料化學回收,面臨重大技術瓶頸。 傳統的「脫氯—裂解」兩步法工藝複雜、能耗高、成本大,且存在脫氯不徹底(導致催化劑中毒)、油品收率低及殘餘氯超標等問題,嚴重製約了PVC廢塑料在「雙碳」目標下的高效資源化利用。
面對這一世界性難題,張偉團隊從石油煉製工藝中獲得關鍵啟示,創新性地提出了混合塑料低溫催化轉化的全新策略。傳統石油加工依賴高溫催化裂化重油和低溫烷基化提升油品質量。研究團隊巧妙融合這兩步工藝原理,首次提出「塑料催化裂解—烷基化耦合反應」概念,並開發出一步法轉化技術。
三大核心突破:
反應條件革新: 首次實現在常溫常壓下高效轉化混合塑料,能耗較傳統高溫裂解降低70%以上。
工藝集成創新: 將脫氯、裂解和烷基化三步反應高度集成,實現單一反應過程完成複雜轉化。
資源協同利用: 創造性地利用石化副產物作為反應介質,實現「以廢治廢」,顯著提升廢塑料資源的增值利用水平。
實驗證實,該技術可將混合廢塑料一步轉化為高標號汽油,碳原子利用率超過95%。這種「分子煉油」技術大幅提升了塑料回收的經濟性,構建了完整的資源循環鏈條。
技術設計中高度關注工業化可行性,選用了已在工業烷基化裝置(如美國雪佛龍與中石油)中驗證的離子液體催化劑。其優勢在於價格低廉、活性高、腐蝕性低、操作安全可靠。
該技術能將近乎100%的混合廢塑料轉化為無氯的高品質燃料。常溫運行使其安全環保,無有毒副產物生成,並能有效將氯元素轉化為可回收的無毒鹽酸(氯化氫溶於水),成功阻斷氯污染,兼顧了資源利用與環境安全。
值得關注的是,張偉研究員早在2023年就以第一作者兼通訊作者身份在《Science》發表了聚烯烴塑料低溫轉化成果。此次研究實現了質的飛躍:不僅攻克了成分更複雜、處理難度更大的PVC廢塑料回收難題,還將反應溫度進一步降至常溫,使得可高效綠色回收的廢塑料種類占比一舉超過60%。
在產業應用層面,該技術與現有煉化工藝高度兼容,具備能耗低、設備簡便、轉化效率高的特點,特別適合依託現有設施快速推廣。
美國能源部高度評價其為「升級回收」的典範,能夠「一站式」處理混合塑料,將每噸廢塑料的處理價值從填埋或焚燒的負收益扭轉為顯著的正收益,真正實現了「變廢為寶」的資源循環目標。