化學(xué)家如何回收塑料？把鏈條剪斷了，再重新連起來(lái)

輕便、價(jià)廉、用途廣泛的塑料是我們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚牟牧?，但同時(shí)也給地球帶來(lái)了沉重的環(huán)境負(fù)擔(dān)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球每年產(chǎn)生的塑料垃圾超過(guò)3億噸，如果不加控制，預(yù)計(jì)2050年海洋中的塑料垃圾將達(dá)到9.37億噸，甚至?xí)^(guò)魚(yú)類(lèi)的總重量。

冷冰冰的數(shù)據(jù)背后，更是一幅幅觸目驚心的畫(huà)面：被塑料纏住的海洋生物、臭氣熏天的塑料填埋場(chǎng)、飄著塑料瓶的河流……抗擊塑料污染的戰(zhàn)爭(zhēng)迫在眉睫。

左圖為被塑料纏住的海龜，右圖為堆積如山的塑料瓶垃圾（圖片來(lái)源：veer圖庫(kù)）

解決塑料污染問(wèn)題，在根源上需要減少塑料制品的使用。然而塑料已經(jīng)滲透到我們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷?，很難在短時(shí)間內(nèi)擺脫對(duì)塑料制品的依賴(lài)。因此，實(shí)現(xiàn)塑料的回收利用成為解決塑料污染的重要手段。

（圖片來(lái)源：veer圖庫(kù)）

常見(jiàn)的塑料回收方法是物理回收，將廢料經(jīng)過(guò)粉碎、熔融、造粒等工序后再次加工為塑料制品。物理回收的實(shí)現(xiàn)成本較低，但如果塑料變質(zhì)或與其他材料共混，回收的效率便會(huì)大大降低?；厥者^(guò)程中的機(jī)械、熱等作用還會(huì)使得再生塑料品質(zhì)性能下降，往往只能降級(jí)利用。

塑料的物理回收過(guò)程（圖片來(lái)源：青島能源所）

面對(duì)塑料回收問(wèn)題，化學(xué)工作者們有他們的答案。除了物理回收，塑料還可以通過(guò)化學(xué)降解的方法進(jìn)行化學(xué)回收。解鈴還須系鈴人，塑料的發(fā)明起源于化學(xué)家，引發(fā)的污染問(wèn)題更需要化學(xué)家來(lái)解決。

從化學(xué)組成上看，塑料作為一種高分子材料，是由成千上萬(wàn)個(gè)單體聚合而成的聚合物鏈。化學(xué)降解是指通過(guò)化學(xué)手段將這些聚合物鏈打斷或者重新組合，從而解聚為聚合初始單體或者轉(zhuǎn)化為其他具有高價(jià)值的化學(xué)品與大分子。回收獲得的單體可以重新聚合制備新的塑料材料，從而實(shí)現(xiàn)塑料循環(huán)利用，轉(zhuǎn)化為其他化學(xué)品進(jìn)行再利用也賦予了廢舊塑料新的使用價(jià)值。

化學(xué)降解實(shí)現(xiàn)廢舊塑料的高值化利用

（圖片來(lái)源：青島能源所）

來(lái)自于中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所的科研人員對(duì)塑料化學(xué)降解循環(huán)利用技術(shù)進(jìn)行了研發(fā)，為廢舊塑料的回收利用提供了有效的解決方法，服務(wù)國(guó)家“雙碳”戰(zhàn)略實(shí)施。

我們可以從一些具體的例子中更深入了解塑料的化學(xué)降解回收。首先看向日常生活中常見(jiàn)的礦泉水瓶，它的主要成分是一種大宗塑料——聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯，簡(jiǎn)稱(chēng)PET。各種飲料的包裝瓶基本都是由PET制成，而我們平時(shí)穿的聚酯纖維的衣服也是由PET紡絲后織成的。我國(guó)每年的PET需求量高達(dá)4000萬(wàn)噸，高效的回收利用將能極大地減少資源浪費(fèi)。

飲用水的包裝一般由PET制成

（圖片來(lái)源：veer圖庫(kù)）

借助功能強(qiáng)大的催化劑，化學(xué)降解可以實(shí)現(xiàn)PET分子結(jié)構(gòu)中酯鍵的斷裂。例如PET在甲醇的作用下可以獲得對(duì)苯二甲酸二甲酯（DMT）與乙二醇（EG），這兩種化學(xué)品是PET合成的單體，可用于PET的重新再聚合，從而實(shí)現(xiàn)了PET的閉環(huán)循環(huán)利用。也可以在乙二醇的作用下獲得雙(2-羥基乙基)對(duì)苯二甲酸酯（BHET），同樣可作為合成原料用于PET的重新合成。

而如果我們使用異辛醇來(lái)解聚PET，可獲得化學(xué)品對(duì)苯二甲酸二辛酯（DOTP），這是一種性能優(yōu)良的環(huán)保型增塑劑，將其添加到塑料中可以使塑料制品柔韌性增強(qiáng)、可加工性提高，可應(yīng)用于聚氯乙烯、丙烯腈衍生物、橡膠、硝酸纖維素等材料的增塑。作為國(guó)家禁止的苯二甲酸二異辛酯(DOP)增塑劑的替代品，DOTP約占增塑劑市場(chǎng)需求量的30%，具有極為廣闊的應(yīng)用前景。

PET的化學(xué)降解（圖片來(lái)源：青島能源所）

飲水機(jī)常用的藍(lán)色塑料水桶的原料也是一種廣泛應(yīng)用的塑料材料，它的名字叫雙酚A型聚碳酸酯（BPA-PC或PC）。不過(guò)水桶只是這種塑料微不足道的角色，PC是一種具有優(yōu)異的抗沖擊性、耐熱性等性能的工程塑料，在建筑板材、汽車(chē)車(chē)燈等領(lǐng)域都有PC的身影。

飲水機(jī)水桶多由PC材料制成（圖片來(lái)源：veer圖庫(kù)）

PC 的回收需要特別重視，因?yàn)閺U舊的PC不只是浪費(fèi)資源那么簡(jiǎn)單，如果未能及時(shí)處理而進(jìn)入到環(huán)境當(dāng)中，它會(huì)向環(huán)境中緩慢釋放雙酚A（BPA）。這是一種類(lèi)雌激素，將會(huì)導(dǎo)致人體內(nèi)分泌失調(diào)甚至可能引起癌癥的發(fā)生。通過(guò)化學(xué)降解，可以一步將PC解聚為雙酚A和碳酸二甲酯(DMC)，避免泄漏到環(huán)境中造成污染。同時(shí)回收的化學(xué)品可作為單體重新進(jìn)入到聚合流程，從而高效實(shí)現(xiàn)PC材料的再利用。

PC的化學(xué)降解（圖片來(lái)源：青島能源所）

另一點(diǎn)值得注意的是，PC中的碳酸酯基可作為一種綠色羰基來(lái)源來(lái)制備一些含羰基的高附加值化學(xué)品，例如環(huán)碳酸酯、噁唑烷酮等，這些化學(xué)品可作為藥物合成中間體、綠色溶劑等來(lái)使用。在傳統(tǒng)的合成手段中，這些含羰基的化學(xué)品的合成通常需要光氣（碳酰氯）等危險(xiǎn)原料的使用，而利用PC化學(xué)降解則是一種更加綠色安全的選擇。

近年來(lái)，以聚乳酸(PLA)為代表的可生物降解塑料的應(yīng)用刮起熱潮。聚乳酸是以乳酸為主要原料聚合得到的聚合物，由于良好的性能，逐步成為傳統(tǒng)聚烯烴材料如聚乙烯PE的替代材料，在包裝材料、紡織材料、餐具材料、3D打印材料等領(lǐng)域都得以推廣應(yīng)用。

聚乳酸共混物制造的作物用薄膜 （圖片來(lái)源：wiki）

聚乳酸作為可生物降解塑料可以在自然環(huán)境中降解，對(duì)環(huán)境污染的威脅也就不復(fù)存在。不過(guò)生物降解通常需要以年為單位的時(shí)間，而且降解為二氧化碳和水，要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)周期的光合固碳才能再次利用。而倘若我們采用化學(xué)降解的手段，將顯著提升回收的價(jià)值和效率。

聚乳酸的降解主要有三種策略：

通過(guò)醇解，廢舊聚乳酸在幾分鐘以?xún)?nèi)就可以搖身一變，成為綠色溶劑乳酸烷基酯，被賦予新的應(yīng)用價(jià)值。

聚乳酸由丙交酯開(kāi)環(huán)聚合制備而成，通過(guò)化學(xué)方法可以讓聚乳酸閉環(huán)解聚為環(huán)狀單體丙交酯，最大化縮短了循環(huán)路徑。

我們可以利用化學(xué)降解對(duì)聚乳酸的聚合物鏈進(jìn)行精確裁剪并重新組合，以“聚合物到聚合物”方式實(shí)現(xiàn)聚乳酸廢棄物到新聚乳酸材料的循環(huán)再利用過(guò)程。通過(guò)在再聚合過(guò)程中加入不同類(lèi)型單體或與其他聚合物進(jìn)一步發(fā)生再解聚，可以獲得性質(zhì)各異的最終材料。例如可制備聚乳酸-聚己內(nèi)酯-聚乳酸三嵌段共聚物，這是一種具有高強(qiáng)度與斷裂伸長(zhǎng)率的熱塑性彈性體。

聚乳酸的化學(xué)降解（圖片來(lái)源：青島能源所）

化學(xué)降解讓廢舊塑料有了千變?nèi)f化的重新利用方式。讓我們拿起化學(xué)降解這一利器，期待能徹底戰(zhàn)勝塑料污染那天吧。