1. 文章信息

標題：Selective Recycling of Mixed Polyesters via Heterogeneous

Photothermal Catalysis

中文標題： 異（yì）相光熱催化選擇性回收（shōu）混合聚酯塑（sù）料

頁碼：2412740

DOI：10.1002/adma.202412740  

2. 文章鏈接

 https://doi.org/10.1002/adma.202412740

3. 期（qī）刊信息

期刊名（míng）：Advanced Materials

ISSN：1521-4095

2024年影響因子：27.4

分區信息（xī）： 中（zhōng）科院一（yī）區 

涉及研究（jiū）方向： 光熱催化塑料回收（shōu） 

4. 作者（zhě）信息：第一作者是 劉鈺 。通訊作者為 陳金星 。

5.文章所用產品：CEL-HXF300氙燈光源；

 文章簡介：

全球塑料產量的激增使（shǐ）得塑料廢棄物處理成為一（yī）項（xiàng）嚴峻的環境挑戰。化學回收技術，通過將（jiāng）塑料廢棄物轉化為高（gāo）附加值化學品，對推動循環經濟具有重要意義。聚酯塑料（liào）占塑料廢棄物的15%，其解聚能產生高附加值單體，因此回收聚酯塑料具有重大意義（yì）。然而，現有（yǒu）技術主要（yào）針對單一（yī）種（zhǒng）類的塑料，難以應對（duì）實際廢棄物的複雜性。傳統解（jiě）聚方法對不同聚酯缺乏選擇性，導致解聚產物中（zhōng）單體混雜，需要（yào）進行高能耗和複雜的分離步（bù）驟。開發具有選擇性的解聚方法對於提高回收（shōu）效率和降低成本至關重要。異相催化劑在化學工業中扮演著關鍵（jiàn）角色，但（dàn）利用異相（xiàng）催化劑實現（xiàn）混合塑料的選擇性解聚麵（miàn）臨多相界麵傳質的複（fù）雜性（xìng）挑戰，這導致催化活（huó）性和選擇性降低。因此，優化傳質過程和（hé）設計高效催化劑對於提升異相催化選擇性解聚的效率和選擇性至關重要。

圖1. 不同（tóng）催化體係中（zhōng）聚酯解聚路線示意圖（tú）。

如（rú）圖1所示，作者設計了通過（guò）引入助溶劑的方法來有效解決異相（xiàng）催化體係中的多相（xiàng）界麵傳質難題（tí），進而克服不同聚酯在溶解和擴散動力學上的限製。此外，通過開發高效異相催化劑進一步提升混合（hé）聚酯（zhǐ）塑料的（de）回（huí）收效率和選擇性。

圖2. GB-rich CeO2納米顆粒的合成和（hé）結（jié）構表征（zhēng）。

如圖2所示，作者首先采用乙二醇（EG）介導的（de）縮合方法（fǎ），並精確（què）控製合成條件，成功（gōng）製備出具有豐富Ce3+缺陷（xiàn）和氧空位（Ov）的富含晶界CeO2納米顆粒（GB-rich CeO2）。利用X射線光電子能譜（XPS）、拉曼光譜（pǔ）（Raman）和電子順磁共振（EPR）等表征技術，證實了GB-rich CeO2納米顆粒中Ce3+和Ov的存在。

圖3. 光熱催化選擇性回收混合（hé）聚酯塑料的性能研究。

如（rú）圖3所示，在光熱催化混合聚酯塑料解聚的實（shí）驗（yàn）研究（jiū）中，作者發現GB-rich CeO2催化劑在光熱條件下（xià）對聚碳（tàn）酸酯（PC）的（de）解聚（jù）表現出顯著的（de）催化活性，而（ér）對聚對苯二甲酸乙二醇酯（zhǐ）（PET）的（de）解聚活性則相對（duì）較低（dī）。通過對比分析光熱（rè）催化與熱（rè）催（cuī）化的效果、調整助溶（róng）劑比例以及改變聚酯混合塑料的（de）比例和反（fǎn）應條件（包括反應（yīng）溫度和時間），作者進一步優化了混合聚酯塑料的選擇性解聚性能。研究結果表明，在140 oC的條件下，使用GB-rich CeO2催化劑進行光熱催化反應15分鍾，雙酚A（BPA）的產率達到了97.8%，而雙（2-羥乙基）對苯二甲酸酯（BHET）的產率僅為1.7%。當反應溫度進一步提高至190 oC時，BHET的（de）產（chǎn）率顯（xiǎn）著提高至93.4%。這些結果（guǒ）表明，通過調節反應溫度，利用GB-rich CeO2催化劑可以實現對混合聚酯塑料的選擇性（xìng）解聚。

圖4. GB-rich CeO2催化劑選擇性解聚PC/PET混合塑料構-效關係研（yán）究。

如圖4所示，作者通過光熱催化對PC和PET的解聚動力學進行（háng）了（le）深（shēn）入研究。研究結果表明，在較低溫度（dù）條件下，GB-rich CeO2催化劑對PC的解聚表現出顯著的催化活性，而對PET的解聚活性則相（xiàng）對較低。當溫度升高（gāo）時，GB-rich CeO2催化劑（jì）對PET的解（jiě）聚也表現出優異的（de）催化活性，並且對PC和PET解聚表現出較大（dà）的活化能差異（yì）。因此，通過精細調控反（fǎn）應溫度，可以實現PC和（hé）PET混（hún）合塑料的選擇性（xìng）解聚。研究人員通（tōng）過密度泛函理論（DFT）計算深入探究了PC和PET分子在完整CeO2表麵和GB-rich CeO2表麵上的吸附及活化能差異。計（jì）算結果表明，GB-rich CeO2催化劑表麵的Ov對乙二醇二苯甲酸酯（EGD）和對苯二甲酸二苯酯（zhǐ）（DPC）模（mó）型分子表現（xiàn）出不同的吸附能，且在解（jiě）聚反應中，EG和DPC分子解聚的決速步（bù）驟存在顯著差（chà）異，這些（xiē）差異在（zài）反應中起到了關鍵作用。這些理論計算結果與實驗觀察結果相吻合，進一步驗證了GB-rich CeO2催化劑在選（xuǎn）擇性解聚混合聚酯塑料中的高效性和選（xuǎn）擇性。

圖5. 真實混合聚酯廢棄物的梯次解聚。

如圖5所示，作者還利（lì）用GB-rich CeO2催化劑，通過光熱催化將真實的PET和（hé）PC混合塑料梯次解聚為BPA和BHET。

圖6. 光（guāng）熱催化選擇性回收混合聚酯塑料的技術經濟分析。

如圖6所示，作者通過技術經濟分析（xī）表明，采用（yòng）異相光熱催化技術（shù）進行混合聚酯塑料的選擇性（xìng）回收，在節能減排方麵展現（xiàn）出顯著的優勢，這表明異相光熱催化技術在混合塑料廢棄（qì）物回收領域具有重要的應（yīng）用潛力。

本研究成（chéng）功開發了一種新型（xíng）異相光熱催（cuī）化技（jì）術，用於選擇性回收混合聚酯塑料，為塑料廢棄物的高效回收提（tí）供了創新解決方案。通過設計（jì）並合成GB-rich CeO2催化劑（jì），在光熱條件下實現了對（duì）PET和PC混合塑料的選擇性解（jiě）聚，成功獲得了高純度的BPA和（hé）BHET單體（tǐ）。技術經濟分析結果表明（míng），該方法在實際應（yīng）用中具（jù）有巨大潛力（lì）。與傳統熱催化（huà）方法相（xiàng）比，光熱催化技術在節能減排方麵展現出顯（xiǎn）著優勢，為塑料廢棄物的高效（xiào）綠色回收提供了有力支持。