科创中国

【技术背景】

据统计，1950年到2019年，全世界塑料产量超过了90亿吨。塑料制品的寿命一般是1年到5年，使用完后，塑料制品就变成了废塑料。废塑料的处理不当就产生了所谓的白色污染（White Pollution）。常见的废塑料包括聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等高分子化合物制成的包装袋、农用地膜、一次性餐具、塑料瓶等塑料制品使用后被弃置成为固体废物。绝大部分废塑料在自然环境下完全降解至少需要一百年，因此废塑料不仅导致了严重环境污染，还对水体生物造成严重影响，最终危害到人类健康。中国在2019年的废塑料就高达6300万吨，价值超过1000亿元。传统的废塑料处理包括物理回收和化学回收。物理回收的优点是简单高效，缺点是回收的次数有限。化学回收是将废塑料通过溶解分解、热裂解、催化裂解的形式转化为有用的化工原料，比如单体、汽油、气体等。化学回收的优点是能将废塑料转化为化工原料，缺点是产物往往是混合物，难以分离纯化，附加值不是很高。将废塑料可控降解为高附加值的产品，实现废塑料的升级化学回收，是行业近年来需要重点解决的问题。

【成果介绍】

第一，本成果针对废弃聚酯的降解工艺复杂繁琐、降解产物难以分离纯化的问题，提出了废弃聚酯可控降解的新策略，也即是在大气环境中240～270度（聚酯熔点的温度附近），利用廉价的路易斯酸催化剂选择性活化促进酯键的断裂，从而高效制备单体（如图1）。

图1 利用氧化锌低温催化聚酯可控降解制备单体

第二，本成果针对废弃塑料的降解产物附加值较低的问题，提出了废塑料的可控降解和碳化制备高附加值的功能材料的新思路。制备的功能材料包括氮化碳半导体、碳材料（比如碳纳米颗粒、碳纳米管、石墨烯、碳纳米薄片和多孔碳）以及金属-有机框架材料。本成果开发了三类催化剂，分别是熔融盐、金属氧化物和缺陷碳材料（如图2）。

图2 利用富含缺陷的炭黑为催化剂将废弃聚乙烯转化为碳纳米颗粒

【技术优势】

（1）单体产率可以达到97%，纯度大于99%。

（2）催化剂可以回收再利用，整个工艺不使用任何有机溶剂。

（3）结合螺杆挤出机等加工设备，易于实现连续的废弃聚酯降解制备单体的产业化应用。

（4）中国目前有300多家企业从事传统的废塑料处理，但均集中于物理回收和化学回收，将废塑料转化为高附加值的功能材料还不曾实现，本成果技术无国内外可替代生产技术。

【技术熟化度】

目前实验室可以完成300～500克的小批量制备碳材料的实验，正寻求工业放大实验的合作伙伴。

【应用场景】

应用于城市和工业废塑料处理、先进碳材料制备与应用等。

【知识产权】

该成果已申请多项中国发明专利，下表是部分展示：

【合作方式】

    技术许可、技术转让、作价入股、技术开发、咨询服务、面谈等。