變廢為寶，讓廢塑料和二氧化碳“負負得正”

越來越多的廢棄塑料制品和二氧化碳排放，已成為人們環境治理的“痼疾”。近年來，上海交通大學環境科研團隊用光伏技術、風電技術等產生的“綠電”，實現PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯）廢塑料回收利用，不僅產出了高附加值的工業化學品和燃料，還實現了溫室氣體二氧化碳（CO2）的資源化利用，讓廢塑料回收利用“升級”。

廢塑料和二氧化碳“負負得正”

PET在我們的生活中隨處可見，常見的飲料瓶、電視機外殼、燈罩等，很多都是用PET塑料制成的。雖然使用方便，但大量“用后即棄”的PET廢塑料如果不能被合理、有效地回收，不僅會造成環境污染，也是對碳資源的一種浪費。

近年來，基于光伏技術、風電技術的“綠電”產能取得了飛速發展，2021年以來，上海交通大學環境科學與工程學院教授趙一新團隊就率先開展了綠電催化重整PET廢塑料聯產甲酸和氫氣的研究。相應研究成果在《物理化學快報》發表。

“最初的研究中，我們用可再生‘綠電’催化技術，把PET轉化成了甲酸材料和氫氣，降低了傳統電解水制氫的能耗。”趙一新告訴《中國科學報》，“近期，我們聯合北京大學教授馬丁，對PET回收利用進行了‘升級’，通過綠電催化氧化PET廢塑料與CO2還原反應，PET廢塑料可以只轉化為甲酸材料，不僅增加了甲酸的產出效率，也促進了溫室氣體CO2的資源化轉化。”

據估算，利用“升級版”回收策略，每回收一噸PET廢塑料可以創造約557美元經濟收益，表現出較高的商業化經濟價值。

電催化重整PET廢塑料和CO2聯產甲酸產物示意圖         受訪者供圖

趙一新表示，“綠電”催化升級回收廢塑料的研究從實驗室走向產業化，還需要克服一系列理論和技術難題。

“在回收過程中，需要使用一定的催化劑。低成本、高性能的催化劑能節約成本、降低能耗、增加有用材料的產出率，這類催化劑材料亟待開發和研究。”趙一新說，“此外，要實現大規模的產業化應用，工藝和設備的開發研制也是未來研究的重點和難點。雖然面臨很多難題，但這種廢塑料轉化技術，為國家發展循環經濟和建設低碳型社會提供了一條有效的發展途徑，仍然具有廣闊的應用和發展前景。”

助力廢棄塑料低碳回收

近年來，上海交通大學環境科學與工程學院師生面向國際前沿，立足我國環境保護和“雙碳”戰略需求，在廢棄塑料領域充分發揮專業實力，全方位、多角度迎難攻關，已有多項成果達到國際領先水平，在科研一線扛起交大環境人的責任擔當，持續貢獻智慧和力量。

納米塑料顆粒的團聚與沉降           受訪者供圖

廢棄塑料能夠破碎形成納米塑料并在環境中持久累積，了解納米尺度塑料顆粒的環境行為是精準評估廢棄塑料生態健康風險以及低碳回收的關鍵。

上海交通大學環境科學與工程學院教授曹心德團隊結合室外采樣及室內模擬，明確了影響納米塑料水環境行為的主控因子，揭示了蛋白冠調控納米塑料膠體穩定性的作用機制，進而提出在水處理中通過添加溶菌酶促進納米塑料絮凝沉降高效回收的新思路，同時量化了塑料顆粒尺寸依賴的環境健康風險，推動了塑料廢棄物精細化風險管控與低碳回收體系的建設。相關成果發表在環境領域Top期刊《水研究》及《環境科學：納米》（封面論文）發表。

上海交通大學環境科學與工程學院教授金放鳴團隊圍繞廢塑料的環境危害、無害化處理難、資源化利用率低的問題，長期以來開展了廢塑料的水熱資源化研究，并創新提出了利用聚氯乙烯、PVC等廢塑料作為還原劑水熱還原CO2，實現了廢塑料與CO2協同資源化。

團隊成功將PVC廢塑料百分百脫氯無害化轉化為清潔燃料的同時，還將CO2還原為高附加值有機物甲酸，該技術無添加催化劑，工藝簡單，展現了良好的工業化應用前景。該成果發表在Green Chemistry上,并入選為內封面論文。

此外，針對化石燃料基塑料的不可持續性與難降解問題，以及生物可降解塑料聚乳酸糧食作為原料的瓶頸，團隊早期率先探索了生物質廢物水熱轉化制備乳酸技術，近期將水熱技術擴展到光催化，將生物質原料擴展到濕垃圾轉化，該研究正積極與企業合作，推進工業化試運行。

相關論文信息：

https://doi.org/10.1021/acscatal.2c01128.

https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.1c03658.

https://doi.org/10.1016/j.watres.2020.116324