在我們的日常生活中，塑料幾乎隨處可見。比如，能安全接觸食品或飲品的食品級塑料，用於工業產品製造的工業級塑料等。令人好奇的是，被使用之後的塑料都去哪了呢？
資料顯示，目前全球範圍內產生的所有塑料，只有不足 10% 能實現回收利用，其餘的塑料都被焚燒、堆積在垃圾填埋場或散落到環境中 [1]。而可被回收的塑料大部分採用的方法是傳統的機械回收法。
據了解，通過該方法能夠回收的材料比較有限，主要是聚對苯二甲酸乙二醇酯（礦泉水瓶）和高密度聚乙烯（清潔劑瓶）。諸如柔性薄膜材料（塑料袋）、多層材料（食物包裝）和彩色塑料，都無法被回收。大部分回收處理後製成的產品性能比初生塑料下降，價格相對較低。
在塑料垃圾與日俱增的當下，化學家們一直在不斷地尋找更好的方法，使塑料可以轉化為其他高價值產品的原材料。其中，熱裂解、溶劑溶解和加氫斷裂等以化學方法回收廢塑料的新技術，得到了學術界和工業界的廣泛關注。
我們無法用同一種技術去回收或者升級回收所有的塑料，考慮到經濟，環境影響等因素，在不同的情況中不同的技術可以得到應用。熱裂解正在被商業化，然而工業界尚且沒有找到合適的的方法去處理熱裂解油 [1]。
近期，來自美國威斯康星大學麥迪遜分校課題組，開發了一種新型化學回收技術，能夠將廢塑料轉化為高價值的化學品。該技術採用熱裂解和加氫甲醯化兩種化學過程，不僅能夠在真正地增加塑料的價值的同時減少碳排放，還為解決塑料回收的現實挑戰開闢了更多可能性。
圖丨溫室氣體排放量（來源：Science）
近日，相關論文以《將聚烯烴廢料中的熱解油加氫甲醯化為醛和醇》（Hydroformylation of pyrolysis oils to aldehydes and alcohols from polyolefin waste）為題在 Science 上發表 [2]。
圖丨溫室氣體排放量（來源：Science）
威斯康星大學麥迪遜分校博士後研究員李厚謙為該論文的第一作者，威斯康星大學麥迪遜分校喬治·W·胡貝爾（George W. Huber）教授擔任該論文的通訊作者。
圖丨 George W. Huber 教授（左）和李厚謙（右）（來源：李厚謙、Joel Hallberg 拍攝）
如上所說，熱裂解和加氫甲醯化，是該技術涉及的兩種化學過程。其中，熱裂解用來加熱塑料，加氫甲醯化用於處理熱裂解油。
「其實，除了熱裂解，行業也會採用焚燒的方法處理塑料。兩者的不同之處在於，前者是在沒有氧氣或氧氣很少的情況下加熱塑料，主要產生熱裂解油可以進而產出高附加值高用量的化學品。後者是在氧氣中燃燒塑料，主要產生二氧化碳和水。」李厚謙表示。
從經濟效應和環境保護角度考慮，熱裂解法是更優化的選擇。據李厚謙介紹，現在有許多公司正在搭建相關工廠，以實現對每年上千噸塑料的處理 [1]。在此過程中，有大量熱裂解油被製造出來。
到現在為止，蒸汽裂解是工業界處理熱裂解油的主要方式。這裡，需要說明的是，蒸汽裂解法存在兩方面的局限性。首先是這種方法需要用到氫氣產生乙烯或者丙烯進而製備初生塑料，但此途徑製備烯烴的產率較低（<30%）。
其次是熱裂解油中有很多烯烴，會在蒸汽裂解的反應器中聚合，使反應器無法正常運行，進而導致無法大量處理熱裂解油 [1, 2]。
基於此，在該研究中，研究團隊主要利用加氫甲醯化對熱裂解油進行處理。具體來說，運用均相催化和非均相催化技術，他們先通過加氫甲醯化，把熱裂解油中的烯烴轉化為醛，再將這些醛還原為一元醇和二元醇，氧化為一元羧酸和二元羧酸，胺化為一元胺和二胺。
那麼，該技術的優勢主要體現在哪些方面呢？
第一，可以把塑料這種低價值產物，變成具有高附加值的化學品，比如表面劑、清潔劑等。「這些物品的價值都很高，並在全球具有很高的產量。如果用普通的方式進行生產，需要很繁瑣的化學步驟。而我們這項技術大大簡化了其中的工藝流程。」李厚謙說。
第二，該技術的成熟度相對而言比較高，能夠實現規模化產出，以便更快地解決目前面臨的廢塑料挑戰。
第三，利用該技術生產的高價值化學品，比用石油原料生產的化學品，在二氧化碳排放量上至少降低了 60%。並且，該技術可以實現良好的經濟效益。
據了解，目前課題組已經在基於該技術，與相關的公司開展合作。此外，他們還計劃更好地優化和完善這項技術，構建更多不同的化學品生產路線。
參考資料：
1.Li, H.,Aguirre-Villegas,H. et al. Expanding plastics recycling technologies: chemical aspects, technology status and challenges.Green Chemistry 24, 8899（2022）. DOI: 10.1039/d2gc02588d
2. Li, H., Wu, J., Jiang, Z. et al. Hydroformylation of pyrolysis oils to aldehydes and alcohols from polyolefin waste. Science 381,6658, 660-666（2023）. DOI: 10.1126/science.adh1853
https://engineering.wisc.edu/news/revolutionary-chemical-recycling-process-adds-big-value-to-junk-plastic-waste/?utm_campaign=coe_mkt&utm_medium=social&utm_source=linkedin_uwmadengr&utm_content=cbe