推进废塑料化学回收

它重量轻、成本低、几乎可以无限定制，而且无处不在：尽管它有很多好处，但塑料和塑料废物仍然是一个大问题。与可无限回收的玻璃不同，塑料回收具有挑战性且成本高昂，因为该材料的分子结构复杂，专为特定需求而设计。

全球 每年估计生产 3.8 亿吨塑料。然而， 所有塑料废物中只有约 9% 被回收，约 12% 被焚烧，其余的则被丢弃在垃圾填埋场和自然环境中。

匹兹堡大学化学与石油工程副教授Giannis Mpoumpakis 实验室的新研究重点是优化一种有前途的技术，称为热解，该技术可以通过化学方式将废塑料回收成更有价值的化学品。该论文最近发表并 登上了 化学会(ACS)化学理论与计算杂志的封面。

“热解成本相对较低，并且可以产生高价值产品，因此它提供了一种有吸引力的实用解决方案，”Mpourmpakis 说。“它已经实现了商业规模的开发。现在的主要挑战是在考虑到起始和最终化学产品的情况下找到最佳操作条件，而无需严重依赖试错实验。”

为了优化热解条件并生产所需的产品，研究人员通常使用基于吉布斯自由能最小化方法的热力学计算。然而，热化学数据的缺乏可能会限制这些计算的准确性。

虽然密度泛函理论 (DFT) 计算通常用于获取小分子的精确热化学数据，但对于构​​成废塑料的大型柔性分子，尤其是在高温热解的情况下，其应用变得具有挑战性且计算成本昂贵。

在这项研究中，Mpourmpakis 和前博士后 Hyunguk Kwon(现为首尔国立科技大学教授)开发了一个计算框架，可以准确计算大型柔性分子的温度依赖性热化学。该框架结合了构象搜索、DFT计算、热化学校正和玻尔兹曼统计;所得热化学数据用于预测十八烷(一种代表聚乙烯的模型化合物)的热分解曲线。

所提出的基于第一原理的计算分析在预测塑料热解的温度相关产物分布方面取得了重大进展。它可以指导未来化学塑料回收的实验工作，使研究人员能够优化热解条件并提高将废塑料转化为有价值的化学品的效率。

“塑料产量预计将持续增长，因此我们必须找到并完善回收和再利用塑料而不损害环境的方法，”Mpourmpakis 说。“这项工作由国家科学基金会资助，有助于制定可持续废物管理战略和减少塑料污染，为环境和社会带来潜在利益。”

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