化學與分子工程學院馬丁課題組與合作者闡述廢塑料和其他含碳廢棄物共轉化策略
塑料因其優異的成本效益、多功能特性及突出的耐久性而被廣泛應用于各領域，然而其低密度、高機械強度的材料特性也導致廢棄后易發生管理失控，進而引發嚴峻的環境污染問題。據統計，2023年全球塑料總產量已達4.138億噸，但整體回收利用率不足10%，其中約79%的廢棄塑料最終進入填埋場或自然環境中。目前主流的塑料回收技術主要包括：一級回收（閉環回收）、二級回收（機械回收）、能量回收（焚燒）以及化學回收。然而，熱機械處理工藝易導致聚合物材料發生不可逆的性能劣化；焚燒技術雖可實現能量回收，但會伴隨顯著的二氧化碳排放；化學回收雖能將塑料解聚為原始單體實現循環利用，但在處理復雜組分廢棄物時仍存在明顯技術瓶頸。為提升回收過程的綜合效益，近年來發展的共回收（co-recycling）技術通過協同處理多種廢物流，在回收效率、經濟成本和環境友好性等方面展現出顯著優勢。
近日，北京大學化學與分子工程學院馬丁教授與合作者就廢棄塑料與其他大宗廢棄物的共回收技術發展展開了深入探討。該文首先梳理和介紹了塑料化學回收的主流技術（圖1），包括催化裂解、溶劑解、氧化、氫解和復分解等，分析了各類技術的原理、優勢及局限性。針對混合塑料共回收，提出了集成式、協同式和序貫式三種技術策略，分別通過高溫無差別裂解、塑料分子間的化學相互作用以及利用不同塑料在相同反應條件下反應活性的差異，實現混合塑料的高效轉化（圖2）。在塑料與CO2共回收方面，提出將CO2作為碳源和氧化劑，通過多相界面工程優化和反應器設計，實現塑料與CO2的協同轉化，生產高附加值化學品。對塑料與廢棄電池的共回收，提出利用塑料中的碳氫組分作為還原劑，在較低溫度下實現廢棄電池正極材料的高效回收，并制備高價值金屬和碳基材料。這些技術不僅提高了塑料回收的效率和產品價值，還拓展了塑料回收的范圍。此外，該文還對共回收技術進行了可持續性評估，包括技術經濟分析（TEA）和生命周期評估（LCA），表明共回收技術在經濟和環境效益上具有顯著優勢，盡管目前部分技術仍面臨工業化挑戰，但已展現出巨大的應用潛力，為構建塑料循環經濟提供了重要技術支撐和理論依據。
該成果以“Co-recycling of plastics and other waste materials”為題發表于Nature Reviews Clean Technology。馬丁，蘇州大學功能納米與軟物質研究院陳金星教授和張橋教授為該工作的通訊作者，共同第一作者為北京大學化學與分子工程學院博士后褚名宇和蘇州大學功能納米與軟物質研究院博士研究生涂瑋琳。該工作得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃、北京分子科學國家研究中心、江蘇省優秀青年基金及蘇州市前沿技術研究重大項目的資助。
圖1 塑料回收技術概述
圖2 混合塑料共回收技術
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