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記者近日從中國科學技術大學獲悉，該校曾杰教授課題組在塑料循環升級領域取得突破性進展。據了解，研究人員設計出一種“氫呼吸”策略，在無需額外添加氫氣或溶劑的情況下將高密度聚乙烯塑料轉化為高附加值的環狀烴類，為廢棄塑料的“人工碳循環”提供了新方法。
高密度聚乙烯塑料在催化劑的作用下降解示意圖。（曾杰教授課題組供圖）
日常生活中，塑料制品隨處可見，然而人們在享受塑料帶來的便利的同時，也在承受著塑料污染對自然環境和人類健康的負面影響。解決“白色污染”問題，已迫在眉睫。
聚乙烯塑料是五大通用塑料之一，其穩定性很高，難以自然降解。考慮到聚乙烯和石油相似的化學結構與組成，在此項研究工作中，曾杰等人借鑒石油工業的技術，把廢棄聚乙烯塑料當成一種“固體石油”，來加工制備石油基下游化學產品。
石油工業中的兩個過程引起了研究人員的注意：一個是短鏈的汽油餾分催化重整得到更高附加值的環狀烴，這個過程會產生氫氣；另一個是重質油加氫裂化制備短鏈烴，這個過程會消耗氫氣。
在這兩個過程的啟發下，研究人員設計出了一種“氫呼吸”策略用以降解高密度聚乙烯塑料。他們開發的分子篩負載金屬釕催化劑，可以一邊讓塑料成環脫氫變成環狀烴，“呼”出氫氣，一邊又讓塑料“吸”入其自身釋放的氫氣，并裂解變成短鏈烴。
研究人員介紹，這一策略利用聚乙烯自身的氫原子替代外加的氫氣，實現了氫元素的“自產自銷”，不僅降低了成本，還得到了更高價值的環狀烴產物。據了解，環狀烴是一種重要的石油化學產品，可以作為合成藥物、染料、樹脂和纖維的原材料，用途廣泛。
中國科學院院士、中國科學院化學研究所研究員韓布興評價道：“這項研究工作將廢棄聚乙烯塑料這類環境污染物用于制備石油基化學產品，為廢棄塑料的‘人工碳循環’提供了新方法，為石油的部分替代提出了新思路。”
研究成果日前發表于國際權威學術期刊《自然·納米技術》。
