【所属领域】
能源环保
【技术背景】
据统计,1950年到2019年,全世界塑料产量超过了90亿吨。塑料制品的寿命一般是1年到5年,使用完后,塑料制品就变成了废塑料。废塑料的处理不当就产生了所谓的白色污染(White Pollution)。常见的废塑料包括聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等高分子化合物制成的包装袋、农用地膜、一次性餐具、塑料瓶等塑料制品使用后被弃置成为固体废物。绝大部分废塑料在自然环境下完全降解至少需要一百年,因此废塑料不仅导致了严重环境污染,还对水体生物造成严重影响,最终危害到人类健康。中国在2019年的废塑料就高达6300万吨,价值超过1000亿元。传统的废塑料处理包括物理回收和化学回收。物理回收的优点是简单高效,缺点是回收的次数有限。化学回收是将废塑料通过溶解分解、热裂解、催化裂解的形式转化为有用的化工原料,比如单体、汽油、气体等。化学回收的优点是能将废塑料转化为化工原料,缺点是产物往往是混合物,难以分离纯化,附加值不是很高。将废塑料可控降解为高附加值的产品,实现废塑料的升级化学回收,是行业近年来需要重点解决的问题。
【成果介绍】
第一,本成果针对废弃聚酯的降解工艺复杂繁琐、降解产物难以分离纯化的问题,提出了废弃聚酯可控降解的新策略,也即是在大气环境中240~270度(聚酯熔点的温度附近),利用廉价的路易斯酸催化剂选择性活化促进酯键的断裂,从而高效制备单体(如图1)。
图1 利用氧化锌低温催化聚酯可控降解制备单体
第二,本成果针对废弃塑料的降解产物附加值较低的问题,提出了废塑料的可控降解和碳化制备高附加值的功能材料的新思路。制备的功能材料包括氮化碳半导体、碳材料(比如碳纳米颗粒、碳纳米管、石墨烯、碳纳米薄片和多孔碳)以及金属-有机框架材料。本成果开发了三类催化剂,分别是熔融盐、金属氧化物和缺陷碳材料(如图2)。
图2 利用富含缺陷的炭黑为催化剂将废弃聚乙烯转化为碳纳米颗粒
【技术优势】
(1) 单体产率可以达到97%,纯度大于99%。
(2) 催化剂可以回收再利用,整个工艺不使用任何有机溶剂。
(3)结合螺杆挤出机等加工设备,易于实现连续的废弃聚酯降解制备单体的产业化应用。
(4)中国目前有300多家企业从事传统的废塑料处理,但均集中于物理回收和化学回收,将废塑料转化为高附加值的功能材料还不曾实现,本成果技术无国内外可替代生产技术。
【技术熟化度】
目前实验室可以完成300~500克的小批量制备碳材料的实验,正寻求工业放大实验的合作伙伴。
【应用场景】
应用于城市和工业废塑料处理、先进碳材料制备与应用等。
【知识产权】
该成果已申请多项中国发明专利,下表是部分展示:
【合作方式】
技术许可、技术转让、作价入股、技术开发、咨询服务、面谈等。
【专家介绍】
龚江,博士,华中科技大学化学与化工学院研究员、博士生导师。2010年本科毕业于四川大学高分子科学与工程学院,2015年博士毕业于中国科学院长春应用化学研究所,2015~2018年先后在德国马克斯-普朗克胶体界面研究所和美国得克萨斯州大学圣安东尼奥分校做博士后研究,2018年10月加入华中科技大学。研究方向为废塑料升级转化为单体、碳材料、氮化碳或者MOF材料,以及废塑料基功能材料在太阳能光热转换、热电转换、光催化等领域的应用。至今在Prog. Polym. Sci.、Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、Chem、Appl. Catal. B: Environ.和Energy Environ. Mater.等期刊发表SCI论文110篇,被引用超过3100次。4篇论文被选为“HOT Paper”,2篇论文被选为“ESI高被引论文”。申请7项中国发明专利,获得4项授权的中国发明专利。
【联系方式】
成果编号:CG21066