由中国清华大学化学系副教授、博士生导师段昊泓领衔科研团队最新研究提出一种以电化学升级回收塑料的可持续解决方案，可将塑料回收转化为价值更高的化学材料和氢燃料，从而有助于管理塑料污染，并具有清除塑料垃圾变废为宝的应用潜力。
相关研究成果于北京时间8月17日夜间在国际学术期刊《自然-通讯》上线发表。（点击左下角“阅读原文”可以查看论文原文）
该科研团队通过使用地球储量丰富的镍基和钴基催化剂，在室温下促进聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)塑料转化为价值更高的产品。这种催化剂达成高效升级回收和高产物选择性，使得产物容易分离。
经过电解和产物分离，科研团队将1公斤固体塑料转化为具有商业价值的固体化学物质，如常用于饲料的二甲酸钾以及氢气燃料。与传统的塑料升级回收技术通常需要高温加热、过程中还会产生复杂的混合产物且分离它们代价高昂相比，最新研究成果的应用具有经济可行性，评估其升级回收1吨塑料垃圾的净收入约350美元。
电催化已经在各种有机化合物的高效转化上取得很大进展。不过，将PET废弃物电催化转化为有价值的产品在很大程度上未得到探索。
段昊泓对媒体介绍说，科研团队在这项工作中提出了电催化废弃PET塑料升级再造的新策略，验证了由废弃PET制备高附加值的对苯二甲酸、二甲酸钾和氢气反应的可行性。通过工艺的整合以及产物价值的提高，使得该电催化PET升级再造策略具有潜在经济可行性。
此项研究中，研究者展示了一种电催化策略，在氢氧化钾电解质溶液中使用双功能CoNi0.25P电催化剂，将PET转化为具有高附加值的二甲酸钾和对苯二甲酸的商品化学品，并产生副产物——氢气。
具体而言：PET在碱性溶液中电解得到包括对苯二甲酸和乙二醇在内的单体，乙二醇在电解槽中通过阳极CoNi0.25P催化氧化以>90%的选择性通过进行C-C键裂生成甲酸盐，同时在阴极同一催化剂上产生氢气。随后，甲酸用作PET电解质的酸化剂，用于对苯二甲酸沉淀和过滤再生，所得液流通过浓缩和结晶转化为固体二甲酸钾。
此项研究工作可能为从塑料废物中制备增值商品化学品和清洁氢气燃料的盈利性和可持续发展开辟一条途径。
科研团队通过研究和实验发现，PET的聚酯结构使其可以很容易在碱性电解液中水解为对苯二甲酸和乙二醇，这一过程有望与电催化氧化裂解耦合，实现从PET制备高价值化学品。基于此，研究团队以二甲酸钾作为终产物，降低分离成本并具有高附加值。
据了解，二甲酸钾具有生物活性，能抑制大肠杆菌、沙门氏菌等有害微生物的繁殖，可以促进动物生长，是一种被多个国家批准用于替代动物饲料抗生素的商业化学品。随着中国采取立法手段禁止饲料添加抗生素，二甲酸钾在国内具有广阔应用前景。
“每一项科学技术从诞生到产业化都不是一蹴而就的。”段昊泓坦言，在最新研究工作中，科研团队首先证明PET塑料升级回收工艺的可行性，也意识到亟待解决的多个问题：一是流动电解池的设计和优化，这是从实验室规模迈向工业规模的关键步骤；二是分离纯化工艺的优化，通过提高产物收率进而增加收益；三是高效催化剂的开发，提高催化剂的选择性，降低成本。“我们希望通过不断地优化催化剂、反应器、工艺条件等，从而增益降本，最终实现废弃塑料资源转化的工业应用”。
PET塑料主要用途是饮料包装和织物，如常见的矿泉水瓶等，也属于白色污染的一种。目前，PET年产量为6500-7000万吨，约占总塑料产量的17%，仅次于聚乙烯。因此，针对废弃PET塑料的升级回收是十分重要的科学和社会问题。
关于PET 升级回收的下一步研究，段昊泓表示，“我们下一步将开发更高效的反应器用于规模化的PET升级回收，开展低成本塑料单体回收工艺，发展PET转化为其他高附加值产品新路径，同时挑战更有难度的聚乙烯等塑料的催化转化。”
段昊泓透露，科研团队未来几年的攻关目标，包括合成高效催化剂、深入研究反应机理、开发新反应路径以及设计与优化反应器等方面。同时，还将积极与中外研究团队和相关企业建立合作关系，推进PET塑料升级回收工艺的规模化应用和长期稳定性评价。
