大連化物所提出聚烯烴塑料光熱回收新策略

近日，大連化物所仿生催化合成研究組（211組）陳慶安研究員團隊在聚烯烴塑料回收方面取得新進展，開發出以廢聚氯乙烯（PVC）為光熱試劑原料、以太陽能為能源的聚烯烴光熱回收新技術，為聚烯烴光熱回收提供了新思路。

全球塑料年產量已超 3.6 億噸，其中聚烯烴如高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）等占比超50%。然而，聚烯烴化學性質穩定，自然條件下需數百年才能降解。目前，聚烯烴的回收利用率仍有較大提升空間，填埋、焚燒等現有處理方式在資源循環利用和環境污染物排放方面仍面臨挑戰，其進一步綠色化和高值化是未來發展的重要方向。此外，由于PVC中含大量塑化劑，會降低自身及混合塑料的可回收性，加熱過程中還易釋放氯化氫，導致反應器腐蝕、催化劑中毒，成為混合聚烯烴回收的“攔路虎”。

在本工作中，陳慶安團隊在前期相關研究（Angew. Chem. Int. Ed.，2021；Nat. Chem.，2024）的基礎上，提出“以廢治廢”策略，通過溴化物催化氯轉移反應，使廢棄 PVC 脫氯轉化為高附加值氯代產物，同時將PVC 自身轉化為共軛結構的光熱材料（dPVC）。該材料具備優異的全光譜太陽光吸收能力，可見光區吸收率超過90%，在聚集太陽光照射下，可快速使反應體系升溫，滿足聚烯烴C-C鍵斷裂需求，且全程無需消耗化石能源。利用該光熱材料，僅需在聚集的陽光下照射2至3分鐘，HDPE、LDPE、PP等聚烯烴即可轉化為富含端烯結構的蠟狀產物，這些產物可進一步用于合成表面活性劑等高值化學品；聚苯乙烯 （PS）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、苯乙烯-丙烯腈共聚物（SAN）等則可轉化為對應的單體。

此外，該策略可實現無需分揀過程，直接處理實際回收中的混合塑料，各產物產率與單一塑料降解效果相當。例如，以含有大量塑化劑的PVC手套、管材為原料制備的dPVC，仍能有效降解PS。HDPE塑料桶、LDPE塑料袋、PP塑料保鮮盒、PS塑料杯、PMMA塑料板材等日常廢塑料，均能通過該策略實現高值化轉化。目前，該策略已通過公斤級驗證，僅使用0.1wt%的dPVC，即可降解1公斤一次性PS塑料杯，獲得0.97公斤液體產物，其中苯乙烯回收率達到55%。dPVC還具備優異的循環穩定性與結構自優化特性。實驗表明，dPVC經10次循環使用后，仍能保持較高的聚烯烴降解能力。回收后的dPVC可利用太陽光進一步脫除殘留氯，其共軛雙鍵數量增加，紅外光吸收能力與熱穩定性提升。

相關研究成果以“Recycling of polyolefins using recycled PVC under sunlight”為題，發表在《自然-通訊》（Nature Communication）。該工作的第一作者是我所211組副研究員劉恒。上述研究工作得到了國家自然科學基金、大連市科技創新人才等項目的資助。（文/圖 劉恒）

文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-68032-5