【所屬領域】
能源環(huán)保
【技術背景】
據(jù)統(tǒng)計，1950年到2019年，全世界塑料產(chǎn)量超過了90億噸。塑料制品的壽命一般是1年到5年，使用完后，塑料制品就變成了廢塑料。廢塑料的處理不當就產(chǎn)生了所謂的白色污染（White Pollution）。常見的廢塑料包括聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等高分子化合物制成的包裝袋、農(nóng)用地膜、一次性餐具、塑料瓶等塑料制品使用后被棄置成為固體廢物。絕大部分廢塑料在自然環(huán)境下完全降解至少需要一百年，因此廢塑料不僅導致了嚴重環(huán)境污染，還對水體生物造成嚴重影響，最終危害到人類健康。中國在2019年的廢塑料就高達6300萬噸，價值超過1000億元。傳統(tǒng)的廢塑料處理包括物理回收和化學回收。物理回收的優(yōu)點是簡單高效，缺點是回收的次數(shù)有限。化學回收是將廢塑料通過溶解分解、熱裂解、催化裂解的形式轉化為有用的化工原料，比如單體、汽油、氣體等。化學回收的優(yōu)點是能將廢塑料轉化為化工原料，缺點是產(chǎn)物往往是混合物，難以分離純化，附加值不是很高。將廢塑料可控降解為高附加值的產(chǎn)品，實現(xiàn)廢塑料的升級化學回收，是行業(yè)近年來需要重點解決的問題。
【成果介紹】
第一，本成果針對廢棄聚酯的降解工藝復雜繁瑣、降解產(chǎn)物難以分離純化的問題，提出了廢棄聚酯可控降解的新策略，也即是在大氣環(huán)境中240～270度（聚酯熔點的溫度附近），利用廉價的路易斯酸催化劑選擇性活化促進酯鍵的斷裂，從而高效制備單體（如圖1）。
圖1 利用氧化鋅低溫催化聚酯可控降解制備單體
第二，本成果針對廢棄塑料的降解產(chǎn)物附加值較低的問題，提出了廢塑料的可控降解和碳化制備高附加值的功能材料的新思路。制備的功能材料包括氮化碳半導體、碳材料（比如碳納米顆粒、碳納米管、石墨烯、碳納米薄片和多孔碳）以及金屬-有機框架材料。本成果開發(fā)了三類催化劑，分別是熔融鹽、金屬氧化物和缺陷碳材料（如圖2）。
圖2 利用富含缺陷的炭黑為催化劑將廢棄聚乙烯轉化為碳納米顆粒
【技術優(yōu)勢】
（1） 單體產(chǎn)率可以達到97%，純度大于99%。
（2） 催化劑可以回收再利用，整個工藝不使用任何有機溶劑。
（3）結合螺桿擠出機等加工設備，易于實現(xiàn)連續(xù)的廢棄聚酯降解制備單體的產(chǎn)業(yè)化應用。
（4）中國目前有300多家企業(yè)從事傳統(tǒng)的廢塑料處理，但均集中于物理回收和化學回收，將廢塑料轉化為高附加值的功能材料還不曾實現(xiàn)，本成果技術無國內外可替代生產(chǎn)技術。
【技術熟化度】
目前實驗室可以完成300～500克的小批量制備碳材料的實驗，正尋求工業(yè)放大實驗的合作伙伴。
【應用場景】
應用于城市和工業(yè)廢塑料處理、先進碳材料制備與應用等。
【知識產(chǎn)權】
該成果已申請多項中國發(fā)明專利，下表是部分展示：
【合作方式】
技術許可、技術轉讓、作價入股、技術開發(fā)、咨詢服務、面談等。
【專家介紹】
龔江，博士，華中科技大學化學與化工學院研究員、博士生導師。2010年本科畢業(yè)于四川大學高分子科學與工程學院，2015年博士畢業(yè)于中國科學院長春應用化學研究所，2015~2018年先后在德國馬克斯-普朗克膠體界面研究所和美國得克薩斯州大學圣安東尼奧分校做博士后研究，2018年10月加入華中科技大學。研究方向為廢塑料升級轉化為單體、碳材料、氮化碳或者MOF材料，以及廢塑料基功能材料在太陽能光熱轉換、熱電轉換、光催化等領域的應用。至今在Prog. Polym. Sci.、Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、Chem、Appl. Catal. B: Environ.和Energy Environ. Mater.等期刊發(fā)表SCI論文110篇，被引用超過3100次。4篇論文被選為“HOT Paper”，2篇論文被選為“ESI高被引論文”。申請7項中國發(fā)明專利，獲得4項授權的中國發(fā)明專利。
【聯(lián)系方式】
成果編號：CG21066
