越來(lái)越多的廢棄塑料制品和二氧化碳排放，已成為人們環(huán)境治理的“痼疾”。近年來(lái)，上海交通大學(xué)環(huán)境科研團(tuán)隊(duì)用光伏技術(shù)、風(fēng)電技術(shù)等產(chǎn)生的“綠電”，實(shí)現(xiàn)PET（聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯）廢塑料回收利用，不僅產(chǎn)出了高附加值的工業(yè)化學(xué)品和燃料，還實(shí)現(xiàn)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(jí)”。
廢塑料和二氧化碳“負(fù)負(fù)得正”
PET在我們的生活中隨處可見(jiàn)，常見(jiàn)的飲料瓶、電視機(jī)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(huì)造成環(huán)境污染，也是對(duì)碳資源的一種浪費(fèi)。
近年來(lái)，基于光伏技術(shù)、風(fēng)電技術(shù)的“綠電”產(chǎn)能取得了飛速發(fā)展，2021年以來(lái)，上海交通大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院教授趙一新團(tuán)隊(duì)就率先開(kāi)展了綠電催化重整PET廢塑料聯(lián)產(chǎn)甲酸和氫氣的研究。相應(yīng)研究成果在《物理化學(xué)快報(bào)》發(fā)表。
“最初的研究中，我們用可再生‘綠電’催化技術(shù)，把PET轉(zhuǎn)化成了甲酸材料和氫氣，降低了傳統(tǒng)電解水制氫的能耗。”趙一新告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，“近期，我們聯(lián)合北京大學(xué)教授馬丁，對(duì)PET回收利用進(jìn)行了‘升級(jí)’，通過(guò)綠電催化氧化PET廢塑料與CO2還原反應(yīng)，PET廢塑料可以只轉(zhuǎn)化為甲酸材料，不僅增加了甲酸的產(chǎn)出效率，也促進(jìn)了溫室氣體CO2的資源化轉(zhuǎn)化?！?/span>
據(jù)估算，利用“升級(jí)版”回收策略，每回收一噸PET廢塑料可以創(chuàng)造約557美元經(jīng)濟(jì)收益，表現(xiàn)出較高的商業(yè)化經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
電催化重整PET廢塑料和CO2聯(lián)產(chǎn)甲酸產(chǎn)物示意圖
趙一新表示，“綠電”催化升級(jí)回收廢塑料的研究從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化，還需要克服一系列理論和技術(shù)難題。
“在回收過(guò)程中，需要使用一定的催化劑。低成本、高性能的催化劑能節(jié)約成本、降低能耗、增加有用材料的產(chǎn)出率，這類催化劑材料亟待開(kāi)發(fā)和研究。”趙一新說(shuō)，“此外，要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，工藝和設(shè)備的開(kāi)發(fā)研制也是未來(lái)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。雖然面臨很多難題，但這種廢塑料轉(zhuǎn)化技術(shù)，為國(guó)家發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)和建設(shè)低碳型社會(huì)提供了一條有效的發(fā)展途徑，仍然具有廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景?！?/span>
助力廢棄塑料低碳回收
近年來(lái)，上海交通大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院師生面向國(guó)際前沿，立足我國(guó)環(huán)境保護(hù)和“雙碳”戰(zhàn)略需求，在廢棄塑料領(lǐng)域充分發(fā)揮專業(yè)實(shí)力，全方位、多角度迎難攻關(guān)，已有多項(xiàng)成果達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，在科研一線扛起交大環(huán)境人的責(zé)任擔(dān)當(dāng)，持續(xù)貢獻(xiàn)智慧和力量。
納米塑料顆粒的團(tuán)聚與沉降
廢棄塑料能夠破碎形成納米塑料并在環(huán)境中持久累積，了解納米尺度塑料顆粒的環(huán)境行為是精準(zhǔn)評(píng)估廢棄塑料生態(tài)健康風(fēng)險(xiǎn)以及低碳回收的關(guān)鍵。
上海交通大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院教授曹心德團(tuán)隊(duì)結(jié)合室外采樣及室內(nèi)模擬，明確了影響納米塑料水環(huán)境行為的主控因子，揭示了蛋白冠調(diào)控納米塑料膠體穩(wěn)定性的作用機(jī)制，進(jìn)而提出在水處理中通過(guò)添加溶菌酶促進(jìn)納米塑料絮凝沉降高效回收的新思路，同時(shí)量化了塑料顆粒尺寸依賴的環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)，推動(dòng)了塑料廢棄物精細(xì)化風(fēng)險(xiǎn)管控與低碳回收體系的建設(shè)。相關(guān)成果發(fā)表在環(huán)境領(lǐng)域Top期刊《水研究》及《環(huán)境科學(xué)：納米》（封面論文）發(fā)表。
上海交通大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院教授金放鳴團(tuán)隊(duì)圍繞廢塑料的環(huán)境危害、無(wú)害化處理難、資源化利用率低的問(wèn)題，長(zhǎng)期以來(lái)開(kāi)展了廢塑料的水熱資源化研究，并創(chuàng)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(shí)現(xiàn)了廢塑料與CO2協(xié)同資源化。
團(tuán)隊(duì)成功將PVC廢塑料百分百脫氯無(wú)害化轉(zhuǎn)化為清潔燃料的同時(shí)，還將CO2還原為高附加值有機(jī)物甲酸，該技術(shù)無(wú)添加催化劑，工藝簡(jiǎn)單，展現(xiàn)了良好的工業(yè)化應(yīng)用前景。該成果發(fā)表在Green Chemistry上,并入選為內(nèi)封面論文。
此外，針對(duì)化石燃料基塑料的不可持續(xù)性與難降解問(wèn)題，以及生物可降解塑料聚乳酸糧食作為原料的瓶頸，團(tuán)隊(duì)早期率先探索了生物質(zhì)廢物水熱轉(zhuǎn)化制備乳酸技術(shù)，近期將水熱技術(shù)擴(kuò)展到光催化，將生物質(zhì)原料擴(kuò)展到濕垃圾轉(zhuǎn)化，該研究正積極與企業(yè)合作，推進(jìn)工業(yè)化試運(yùn)行。
