文章提出了一种通用的光热解聚方法,利用蛋白质衍生的多孔碳材料(HPC)作为光热剂,实现了多种聚合物的高效化学回收。该方法通过光热效应在局部产生高温,使聚合物熔融并渗入多孔结构中,进而解聚为单体。实验表明,该方法适用于多种聚合物,包括聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乳酸(PLLA)等,单体收率高达96%。此外,多孔碳材料可重复使用至少5次,且无需预处理塑料或光热剂,展现了其在规模化塑料回收中的潜力。
塑料污染已成为全球性环境挑战,传统机械回收方法因添加剂污染和性能下降而受限。化学回收通过将塑料解聚为单体,为闭环回收提供了新途径。然而,现有方法通常仅适用于特定聚合物,且存在能耗高、副产物多等问题。文章提出了一种基于多孔碳材料的光热解聚技术,为塑料化学回收提供了通用解决方案。
研究采用蛋白质衍生的多孔碳材料(HPC)作为光热剂,其高比表面积和孔隙结构能够有效吸收光能并转化为局部热能。聚合物在光热作用下熔融,通过毛细作用渗入多孔结构中,与高温表面接触后解聚为单体。这一过程避免了传统热解的高能耗和副产物问题。
实验结果表明,HPC在聚苯乙烯解聚中表现出色,单体收率达57%,且可通过优化孔隙率进一步提升至66%。多孔结构不仅促进了聚合物与光热剂的接触,还为单体逸出提供了通道,从而推动反应平衡向解聚方向移动。
该方法适用于多种聚合物,包括聚酯、聚碳酸酯和聚乙烯等。例如,聚乳酸(PLLA)解聚为丙交酯的收率达82%,聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)在乙二醇存在下解聚为对苯二甲酸二羟乙酯(BHET)的收率高达96%。此外,研究还验证了该方法对含添加剂的实际消费后塑料的有效性,展现了其工业化潜力。
HPC材料可重复使用至少5次,且无需额外处理。规模化实验表明,10克规模的聚苯乙烯解聚仍能保持50%的单体收率,证明了该技术的实用性和可扩展性。