尽管许多美国人每周都会将塑料垃圾放入适当的回收箱，但许多材料，如柔性薄膜、多层材料和多种彩色塑料，无法通过传统的机械回收方法进行回收。在美国，只有大约9%的塑料得以重新利用，通常用于低价值产品。然而，威斯康星大学麦迪逊分校的化学工程师们正在通过一项新技术，将这些低价值的废塑料转化为高价值产品。
这项发表在《科学》(Science)杂志上的新方法能够增强塑料回收的经济激励，并为新型塑料的回收开辟了新的可能性。研究人员估计，他们的方法还可以将传统工业化学品生产过程中温室气体的排放量减少约60%。
该新技术依赖于几种现有的化学加工技术，其中之一是热解，它在无氧环境中将塑料加热至高温。
热解的结果是热解油，这是一种由多种化合物组成的液体混合物。裂解油中富含烯烃，这是一种简单的碳氢化合物，是现代化学品和聚合物的主要成分，包括各种聚酯、表面活性剂、醇和羧酸。
在当前的能源密集型过程中，如蒸汽裂解，化学制造商通过将石油置于极高的热量和压力下生产烯烃。在这项新工艺中，威斯康星大学麦迪逊分校的研究团队从裂解油中回收烯烃，并将其用于一种能耗更低的化学过程，即均相氢甲酰化催化。该过程将烯烃转化为醛，醛随后可以进一步还原为重要的工业醇。
化学和生物工程教授乔治·胡贝尔(George Huber)表示：“这些产品可以用于制造各种更高价值的材料。”胡贝尔与博士后研究员李厚谦(音)和博士生吴家阳(音)共同领导了这项研究。
这些高价值材料包括用于制造肥皂和清洁剂的成分，以及其他更有用的聚合物。
“我们对这项技术的潜在影响感到非常兴奋，”Huber说，他也是废塑料化学升级再利用中心的负责人。“这是一种利用氢甲酰化化学对塑料废物进行升级的平台技术。”
回收行业可能很快会采用这种方法；近年来，至少有10家大型化工公司已经建立或宣布了从废塑料中生产裂解油的设施计划。许多公司通过蒸汽裂解装置将裂解油转化为低价值化合物。新的化学回收技术提供了一种更可持续和更有利可图的使用这些油的方法。
“目前，这些公司还没有一个真正有效的方法来升级裂解油，”李说。“在这种情况下，我们可以从废塑料中获得每吨价值1200美元至6000美元的高价值酒精，而它们每吨的价值仅约为100美元。此外，该过程使用现有的技术和工艺，规模扩大相对容易。”
休伯表示，这项研究是威斯康星大学麦迪逊分校多个不同部门合作的成果。化学系系主任、氢甲酰化领域的世界级专家克拉克·兰迪斯(Clark Landis)提出了将该技术应用于裂解油的可能性。
化学和生物工程教授Manos Mavarikakis使用先进模型提供对化学过程的分子级洞察。化学和生物工程教授维克多·扎瓦拉(Victor Zavala)帮助分析了该技术的经济性和塑料废物的生命周期。
该团队的下一步是调整工艺，以更好地了解回收塑料和催化剂组合所产生的最终化学产品。
休伯说：“有很多不同的产品，我们可以利用这种平台技术探索许多不同的路线。我们生产的产品有巨大的市场。我相信这真的可以改变塑料回收行业。”
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