聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）是最豐富的聚酯塑料，廣泛應用於紡織品與包裝行業，為人類生活帶來極大便利🧟♂️。但每年約有千萬噸的廢棄PET排入海洋，水體以及海洋生物的健康受到微塑料的嚴重威脅。為解決白色塑料汙染問題🉐，實現廢舊塑料的回收與再利用，近日，顺盈娱乐化學與分子工程學院教授趙晨及其團隊在《自然-通訊》(Nature Communications)上於6月10日發表了以 " Converting waste PET plastics into automobile fuels and antifreeze components" 為題的研究論文，為海洋塑料問題的解決提供了可行的方案👰🏿♂️。
趙晨教授團隊開發一種在無氫條件下，一鍋法將聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）定量轉化為對二甲苯（PX）和乙二醇（EG）的低成本工藝❤️🔥。該工藝使用甲醇作為解聚與供氫溶劑💃🏼，改性非貴金屬Cu/SiO2為催化劑，集合PET醇解💆🖋、甲醇脫氫與DMT選擇性加氫脫氧過程為一體🧛🏽♂️，實現了廢棄聚酯塑料直接轉化為汽油燃料和防凍液成分。
圖1. PET廢料的解聚和轉化策略
高效率轉化塑料的催化劑歸因於在傳統水熱合成Cu/SiO2的過程中添加適量的NaCl🧑🏼🦰，Na+占據SiO2表面的部分矽羥基🌖，從而抑製了層狀矽酸銅的成核和生長。溶液中的Cu2+只能與SiO2表面剩余的矽羥基結合形成分散🧒🏻、孤立的矽酸銅顆粒🏌️。其結構致密，表面積小🚶🏻♀️，結晶度差，且較難還原🧛🏻📢。故經還原處理得到的CuNa/SiO2具有高Cu+/Cu0比🧙🏽♂️，為甲醇脫氫以及DMT選擇性加氫提供了豐富的活性位點（圖2、圖3）🖐。
圖2. CuNa/SiO2催化劑表征
圖3. 水熱合成過程中引入不同量NaCl的Cu/SiO2催化劑形成機理
通過使用比例最佳的CuNa/SiO2對DMT和中間體的反應路徑進行動力學研究📟，發現從DMT到目標產物PX歷經四個步驟：(1) DMT單側酯基吸附在CuNa/SiO2催化劑上加氫至羥基，得到中間體B；(2) B的羥基氫解至甲基，脫附生成中間體C🐠；(3) C的單側酯基吸附在CuNa/SiO2催化劑上加氫至羥基，得到中間體D；(4) D的羥基氫解至甲基📷，脫附得到目標產物PX。該路徑通過原位紅外研究再次得到證實，其結果與動力學研究結果高度吻合。
圖4. DMT單體在甲醇中轉化為PX反應路徑探究
團隊利用該體系對普吉島海灘沉積物的塑料轉化潛力進行了預測🥡。通過對島上常見可口可樂瓶、麥當勞飲料蓋、一次性餐盒、包裝袋以及滌綸布料等不同來源的 PET 塑料進行催化轉化，得出每噸塑料沉積物含331 kg PET，在最佳條件下可通過該體系得到181 kg的汽油添加物（對二甲苯）和105 kg的防凍液（乙二醇）作為島上汽車的能源儲備1️⃣。
圖5. PET催化轉化應用於普吉島海灘沉積物
該研究工作為資源匱乏且被塑料堆積問題所困擾的海島提供了一種可行的處理塑料工藝⚒，無需外部氫氣☔️，使用一鍋法即可將廢棄物轉化海島上能源儲備⛴◾️。在最大化節約成本、節省能源的情況下創造高附加值產品，為廢棄塑料提供了一個綠色高效且能創造經濟效益的降解新技術。
化學與分子工程學院教授趙晨及其團隊
顺盈娱乐化學與分子工程學院碩士研究生高誌文為本文的第一作者，馬冰博士、趙晨教授為共同通訊作者𓀏。該工作得到國家重點研發計劃（項目號No. 2016YFB0701100）等項目的資助🧘♂️。
附🎴：
論文鏈接👨🏽🌾：https://www.nature.com/articles/s41467-022-31078-w
圖文｜化學與分子工程學院、崇明生態研究院 來源｜科技處 編輯｜於洋 編審｜郭文君、呂安琪
