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化學與分子工程學院教授趙晨及其團隊

華東師范大學化學與分子工程學院教授趙晨團隊開發(fā)出一種在無氫條件下，一鍋法將聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）定量轉化為對二甲苯（PX）和乙二醇（EG）的低成本工藝。利用這一工藝體系，該團隊對普吉島海灘沉積物的塑料轉化潛力進行了預測。

該工藝使用甲醇作為解聚與供氫溶劑，改性非貴金屬Cu/SiO2為催化劑，集合PET醇解、甲醇脫氫與DMT選擇性加氫脫氧過程為一體，實現(xiàn)了廢棄聚酯塑料直接轉化為汽油燃料和防凍液成分。

圖1. PET催化轉化應用于普吉島海灘沉積物

團隊對島上常見可口可樂瓶、麥當勞飲料蓋、一次性餐盒、包裝袋以及滌綸布料等不同來源的 PET 塑料進行催化轉化，得出每噸塑料沉積物含331 kg PET，在最佳條件下可通過該體系得到181?kg的汽油添加物（對二甲苯）和105?kg的防凍液（乙二醇）作為島上汽車的能源儲備。

圖2. PET廢料的解聚和轉化策略

高效率轉化塑料的催化劑歸因于在傳統(tǒng)水熱合成Cu/SiO₂的過程中添加適量的NaCl，Na⁺占據(jù)SiO₂表面的部分硅羥基，從而抑制了層狀硅酸銅的成核和生長。溶液中的Cu²⁺只能與SiO₂表面剩余的硅羥基結合形成分散、孤立的硅酸銅顆粒。其結構致密，表面積小，結晶度差，且較難還原。

故經還原處理得到的CuNa/SiO₂具有高Cu⁺/Cu⁰比，為甲醇脫氫以及DMT選擇性加氫提供了豐富的活性位點。

圖3.   CuNa/SiO2催化劑表征

圖4. 水熱合成過程中引入不同量NaCl的Cu/SiO2催化劑形成機理

通過使用比例最佳的CuNa/SiO2對DMT和中間體的反應路徑進行動力學研究，發(fā)現(xiàn)從DMT到目標產物PX歷經四個步驟：

(1) DMT單側酯基吸附在CuNa/SiO2催化劑上加氫至羥基，得到中間體B；(2) B的羥基氫解至甲基，脫附生成中間體C；(3) C的單側酯基吸附在CuNa/SiO2催化劑上加氫至羥基，得到中間體D；(4) D的羥基氫解至甲基，脫附得到目標產物PX。該路徑通過原位紅外研究再次得到證實，其結果與動力學研究結果高度吻合。

圖5. DMT單體在甲醇中轉化為PX反應路徑探究

該研究于6月10日在《自然-通訊》(Nature Communications)發(fā)表。華東師大化學與分子工程學院碩士研究生高志文為本文的第一作者，馬冰博士、趙晨教授為共同通訊作者。該工作得到國家重點研發(fā)計劃等項目資助。

這項研究為海洋塑料問題的解決提供了可行的方案，尤其是對資源匱乏且被塑料堆積問題所困擾的海島提供了一種可行的處理塑料工藝。無需外部氫氣，使用一鍋法即可將廢棄物轉化海島上能源儲備。在最大化節(jié)約成本、節(jié)省能源的情況下創(chuàng)造高附加值產品，為廢棄塑料提供了一個綠色高效且能創(chuàng)造經濟效益的降解新技術。