回收廢棄塑料有助于環(huán)境修復(fù)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，但現(xiàn)有技術(shù)難以直接回收受污染的混雜廢塑料，需在回收前對其進(jìn)行分揀、清洗等預(yù)處理。而預(yù)處理過程成本高、耗時(shí)長和耗能高，同時(shí)回收后的塑料通常導(dǎo)致質(zhì)量降低。相對塑料回收而言，廢棄混雜塑料的升級再造策略則為其管理與增值利用帶來希望，可將廢棄混雜塑料直接轉(zhuǎn)化為烯烴單體和其他增值化學(xué)品等。但是，現(xiàn)有方法存在高能耗、貴金屬參與、高壓和低催化劑穩(wěn)定性等問題，特別是目前無法實(shí)現(xiàn)高雜質(zhì)含量的填埋混雜廢塑料的直接升級回收。因此，經(jīng)濟(jì)、低耗、高效利用未經(jīng)分離處理的混雜廢塑料成為解決白色污染的關(guān)鍵。
中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所副研究員馬望京團(tuán)隊(duì)聯(lián)合英國牛津大學(xué)研究員肖天存、清華大學(xué)教授唐軍旺等，從原子簇-氧化物的協(xié)同催化效應(yīng)出發(fā)，采用簡單、經(jīng)濟(jì)的原位構(gòu)筑方法，設(shè)計(jì)合成了強(qiáng)微波吸收和高催化活性的鋅團(tuán)簇/氧化鋅復(fù)合催化劑。
該研究在低功率微波場中實(shí)現(xiàn)了微波能向催化劑的選擇性定向傳輸，將填埋場混雜廢塑料和農(nóng)膜解聚升級回收為烯烴單體和基礎(chǔ)潤滑油前驅(qū)體。同時(shí)，得益于Zn原子簇優(yōu)異的化學(xué)鍵活化能力、原子簇金屬位點(diǎn)的電場增強(qiáng)以及鋅團(tuán)簇/氧化鋅的協(xié)同催化效應(yīng)，在280°C、常壓和低至傳統(tǒng)熱催化能耗1/8的溫和條件下，研究實(shí)現(xiàn)了混雜廢塑料的選擇性解聚，且催化性能優(yōu)于多數(shù)貴金屬催化劑。特別是，鋅團(tuán)簇/氧化鋅在溫和條件下對聚烯烴塑料C-H和C-C鍵的強(qiáng)斷裂能力，抑制了積碳生成，賦予了鋅團(tuán)簇/氧化鋅催化劑良好的穩(wěn)定性和250 gplastic g-1catalyst的塑料解聚周轉(zhuǎn)數(shù)。
該研究報(bào)道了微波協(xié)同鋅/氧化鋅強(qiáng)化催化填埋場受污染廢塑料“增值”利用策略，為經(jīng)濟(jì)、低能耗的化學(xué)回收和升級利用混雜廢塑料以及傳統(tǒng)上難以回收的其他聚合物如農(nóng)林生物廢棄物、廢舊纖維等研究提供了新思路。
近日，相關(guān)研究成果以Highly selective upcycling of plastic mixture waste by microwave-assisted catalysis over Zn/b-ZnO為題，發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會(huì)和中國科學(xué)院等的支持。
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研究提出微波驅(qū)動(dòng)催化廢塑料回收“增值”利用策略
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