原标题：创新废塑料循环利用方案——用核磁技术“体检” 开催化转化“处方”

【技术破题 绿见未来】

◎本报记者 宗诗涵

塑料制品在日常生活中无处不在。然而，当这些塑料制品完成使命，成为废弃物后，原本的强度高、稳定性好等特性，反而成为其难降解的“病症”。长期滞留于自然环境中的大量废塑料，已然成为环境治理的一大难题。

如今，中国科学家提供了一种新的混合废塑料转化解决方案——北京大学教授马丁团队联合中国科学院大连化学物理研究所团队，创新性地采用核磁共振技术给混合废塑料“做体检”，识别塑料内部的关键化学结构，从而为其开出催化转化“处方”，将废塑料转化为多种高附加值化学品，实现变废为宝。

这一方案为全球塑料污染治理和资源循环利用提供了新路径。相关研究成果日前发表于国际期刊《自然》。

混合塑料分类回收难

据统计，当前全球每年生产的塑料超过4亿吨。在全球累计生产的约90亿吨塑料中，仅有9%得到循环利用，12%被焚烧处理，其余79%则被填埋或遗弃。据估算，到2050年，全球废塑料将达120亿吨。在这一严峻形势下，破解废塑料回收利用难题，已成为实现绿色低碳发展的重要课题。

北京大学化学与分子工程学院物理化学研究所副研究员王蒙介绍，目前废塑料回收技术主要包括物理回收、热能回收以及化学转化回收三类。物理回收指借助分拣、清洗、破碎、熔融等物理手段，将废塑料加工成再生颗粒或制品。这种方式不会破坏其高分子结构，但经过多次回收后，塑料的性能会显著下降，如强度降低、变色等，从而限制了其应用范围。热能回收是通过焚烧废塑料产生热能，驱动汽轮机发电或供热，以此实现能源的回收利用。然而，焚烧过程会产生有毒气体，因此需要进行严格的净化处理。化学转化回收则是通过裂解、解聚等化学反应，将废塑料分解为单体、燃料油或化工原料，实现“从塑料到塑料”或者“从塑料到其他产品”的循环。

通过化学转化方法将废塑料变为有价值的化学品和燃料，是一个极具发展前景的解决方案。然而，目前已有的化学回收路线往往仅适用于特定的塑料结构，且仅能在少数塑料制品上完成回收转化过程。

马丁解释，现实中的废塑料往往各种类型混杂在一起，不同种类塑料的结构和特性相差很大。除了单一品种塑料，如PET瓶、泡沫塑料、农用地膜、包装膜等能够被人工单独分拣并回收外，大部分混合废塑料需要经过复杂且费时费力的分拣过程，不仅分拣效率低下，而且成本高昂。此外，很多时候，混合废塑料回收得到的产品是一些低附加值的燃气、低品质燃料油，经济效益十分有限。

如何快速处理混合废塑料，并将其转化为多种高附加值化学品，是废塑料化学转化回收面临的一大难题。

研究人员有了“透视眼”

面对混合废塑料处理难题，马丁团队另辟蹊径，将在一定条件下可用来检查人体内部病变的核磁共振技术应用于处理混合废塑料，为废塑料进行了一场特殊“体检”。

为何能给废塑料安排“体检”？王蒙解释，尽管塑料制品种类繁多，但从分子结构角度来看，它们通常可被归为有限种类的聚合物，且这些聚合物的化学结构中存在显著的官能团差异，这一特性恰好满足了“体检”所需的条件。

在检测人体内部病变时，核磁共振技术借助强磁场，使人体内的氢原子核发生共振，随后记录其弛豫过程中释放的信号差异，再经计算机处理构建图像，以此显示组织结构异常。那么，研究人员又是如何利用这项技术给废塑料进行“体检”的呢？

“我们采用的是固态核磁共振的二维相关技术，通过特定的射频脉冲序列实现高分辨率成像，进而为塑料混合物提供原子级别的结构解析。”王蒙说，借助这一技术，研究人员就拥有了一双“透视眼”，能够深入混合废塑料内部，精准识别其中酯类、芳香烃、氯代烷烃等的关键官能团分布情况，以及化学结构单元的具体信息。

完成“体检”后，研究人员会根据“体检报告”，针对这些化学结构单元不同的“性格”，为混合废塑料量身定制化学反应“处方”。接下来，研究人员会有针对性地选用催化剂，按照设计好的“处方”，对混合废塑料进行逐步转化。最终，使这些混合废塑料变身成为多种高附加值化学品。

适用于全场景塑料回收

为验证上述混合废塑料转化解决方案的可行性和有效性，研究团队对20克由多种塑料组成的塑料混合物展开了实验。

最终，研究人员成功从塑料混合物中分离出8种以上的化学物质，包括1.3克苯甲酸、0.5克增塑剂、0.7克丙氨酸、0.7克乳酸、1.4克芳香胺盐、2.1克双酚A、2.0克对苯二甲酸和3.5克C3-C6烷烃。“其中多项产物是重要化工原料及医药中间体，经济附加值远超常规化学转化方法所得到的低价值气体与燃油产品，大幅提升了废塑料资源化的经济性与环境效益。”马丁说。

值得一提的是，这一方案中所采用的技术都是现有技术，但该方案的关键创新在于设计出了一种通用策略，解决了对废塑料混合物进行化学回收的现实难题。

马丁介绍，与以往回收方法相比，这项方案有两大突破。其一，无需对废塑料进行分类和预分离，能够直接处理生活中产生的复杂混合废塑料。其二，产出的并非低价值的燃气燃油，而是高分子单体、医药中间体、香料原料等高价值化学品，经济效益显著超越传统化学转化回收方法。

“我们方案的精妙之处，是通过采用核磁共振技术，对混合废塑料中主要成分进行初步识别。这能为后续的化学步骤提供精准指引，还可灵活调整，从而最大限度地提高回收的整体效率。”马丁说，此外，这项方案不仅适用于实验室中的标准样本，还能处理来自生产生活中含有颜料、增塑剂、生物质等各种杂质的复杂塑料废弃物，真正做到了全场景、全塑料回收。

未来，团队将围绕这项混合废塑料转化解决方案，系统评估工艺能耗、碳排放、回收效率及生命周期环境效应等指标，持续优化工艺体系，助力塑料资源化技术向高值化、低碳化、循环化方向升级。（宗诗涵）

原标题：创新废塑料循环利用方案——用核磁技术“体检” 开催化转化“处方” 来源：科技日报