新的回收工艺可以为垃圾塑料废物找到市场
尽管许多人每周都会尽职尽责地将塑料垃圾放入适当的垃圾箱，但其中许多材料，包括柔性薄膜、多层材料和大量彩色塑料，无法使用传统的机械回收方法进行回收。最终，只有约 9% 的塑料得到了重复利用，而且通常是低价值产品。然而，威斯康星大学麦迪逊分校的化学工程师采用新技术，将低价值的废塑料转化为高价值的产品。
8 月 11 日的《科学》杂志描述了这种新方法，可以增加塑料回收的经济激励，并为回收新型塑料打开大门。研究人员估计，他们的方法还可以将这些工业化学品传统生产过程中的温室气体排放量减少约 60%。
这项新技术依赖于几种现有的化学加工技术。第一种是热解，即塑料在无氧环境中被加热至高温。其结果是热解油，一种多种化合物的液体混合物。热解油含有大量烯烃——一类简单的碳氢化合物，是当今化学品和聚合物的核心组成部分，包括各种类型的聚酯、表面活性剂、醇和羧酸。
在当前的蒸汽裂解等能源密集型工艺中，化学品制造商通过将石油置于极高的热量和压力下来生产烯烃。在这个新工艺中，威斯康星大学麦迪逊分校团队从热解油中回收烯烃，并将其用于能源密集程度低得多的化学工艺，称为均相加氢甲酰化催化。该过程将烯烃转化为醛，然后醛可以进一步还原为重要的工业醇。
“这些产品可用于制造各种更高价值的材料，”化学和生物工程教授乔治·胡贝尔(George Huber)说，他与博士后研究员李厚谦和博士生吴嘉阳一起领导了这项工作。
这些更高价值的材料包括用于制造肥皂和清洁剂的成分，以及其他更有用的聚合物。
“我们对这项技术的影响感到非常兴奋，”胡贝尔说，他也是能源部资助的废塑料化学升级中心的主任。“这是一种利用加氢甲酰化化学来升级塑料废物的平台技术。”
回收行业很快就会采用这一工艺;近年来，至少有10家大型化工公司已建成或宣布计划建设利用废塑料生产裂解油的设施。他们中的许多人通过蒸汽裂解装置运行热解油来生产低价值的化合物。新的化学回收技术可以提供一种更可持续、更有利可图的方式来使用这些油。
“目前，这些公司没有真正好的方法来升级热解油，”李说。“这样的话，我们就可以从每吨仅值100美元左右的废塑料中得到每吨价值1200至6000美元的高价值酒精。此外，这个过程使用了现有的技术和工艺。扩大规模相对容易。”
胡贝尔说，这项研究是威斯康辛大学麦迪逊分校几个不同部门的合作成果。化学系主任、加氢甲酰化领域的世界专家克拉克·兰迪斯 (Clark Landis)提出了将该技术应用于热解油的可能性。化学和生物工程教授Manos Mavarikakis使用先进的建模来提供对化学过程的分子水平洞察。化学和生物工程教授Victor Zavala帮助分析了该技术的经济性和塑料废物的生命周期。
该团队的下一步是调整工艺，更好地了解哪些回收塑料和催化剂组合会产生哪些最终化学产品。
“通过这个平台技术，我们可以追求很多不同的产品和很多路线，”Huber 说。“我们生产的产品有一个巨大的市场。我认为这确实可以改变塑料回收行业。”
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