1. 文章信息

標題：Selective Recycling of Mixed Polyesters via Heterogeneous

Photothermal Catalysis

中文標題： 異相光熱催化選擇性回（huí）收混合聚酯塑料

頁碼：2412740

DOI：10.1002/adma.202412740  

2. 文（wén）章鏈接

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

3. 期刊信息

期刊名：Advanced Materials

ISSN：1521-4095

2024年影響（xiǎng）因子：27.4

分區（qū）信息： 中科院一區 

涉及研究方向： 光熱催化塑料回收 

4. 作者信（xìn）息：第一（yī）作者是 劉鈺 。通（tōng）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得塑料（liào）廢棄物處理成為一項（xiàng）嚴峻的環境挑戰。化學回收技術，通過將塑料廢棄物轉化為高附加值化學品，對推動循環經濟具有重要意義。聚酯塑料占塑料廢棄物的15%，其解聚能產生高附加（jiā）值單體，因此回收聚酯塑料（liào）具有重大意義。然而，現（xiàn）有技術主要（yào）針對單一種類的塑料，難（nán）以應對實際廢棄物的複雜性。傳統解聚方法對不同聚酯缺乏選擇性，導致解聚產物中單體混（hún）雜，需要進行高能耗和複雜（zá）的分離（lí）步驟。開發（fā）具有選擇性的解聚方（fāng）法對於提高回收效率（lǜ）和降低成本至關重要。異相催化劑在化學工業中（zhōng）扮演著關鍵角色，但利用異（yì）相催化劑（jì）實現混合塑料的選（xuǎn）擇性解聚麵臨多相界麵傳（chuán）質的複雜性（xìng）挑戰，這導致催化活性和（hé）選擇性降低。因此，優化傳質過程和設計高效催化劑對於提升（shēng）異相催化選擇性解聚的（de）效率和選（xuǎn）擇性至關重要。

圖1. 不同催化體係中聚酯解（jiě）聚路線示（shì）意圖。

如圖1所示（shì），作者設計了通過引入助溶劑的（de）方（fāng）法來有效解決異相催（cuī）化體（tǐ）係中（zhōng）的多（duō）相界麵傳質難題，進而克服不同聚酯在（zài）溶解和（hé）擴散動力學上的限製。此外，通過開發高效異相催（cuī）化劑進一步提升混合聚（jù）酯塑料的回收效率和選擇性。

圖2. GB-rich CeO2納米顆（kē）粒的合成和結構表征。

如圖2所示，作者首先（xiān）采用乙二醇（EG）介導的縮合（hé）方法（fǎ），並精確（què）控製合（hé）成條件，成功製備（bèi）出具有豐富Ce3+缺陷和氧空位（Ov）的富含晶界CeO2納米顆粒（GB-rich CeO2）。利用X射線光電子（zǐ）能譜（XPS）、拉曼光譜（Raman）和電子順磁共（gòng）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聚（jù）酯（zhǐ）塑料的性（xìng）能研究。

如圖3所（suǒ）示，在光熱催（cuī）化混合聚酯塑料解聚的（de）實驗（yàn）研究中，作者發現GB-rich CeO2催化劑在光熱條件下對聚碳酸酯（PC）的解聚表現出顯著的催化活性，而對聚（jù）對苯二甲酸乙二醇酯（PET）的解聚活性則相對較低。通過對比分析光熱催化與熱催化的效果、調整助溶劑（jì）比例以及改變聚酯混（hún）合塑料的比例和（hé）反應條件（包括反應溫度和（hé）時間），作者進一步優化了（le）混（hún）合聚（jù）酯塑料的選擇（zé）性解（jiě）聚性能。研究結果表明，在（zài）140 oC的條件下，使用GB-rich CeO2催（cuī）化劑進行光熱催化（huà）反應15分鍾，雙酚A（BPA）的產率（lǜ）達到了97.8%，而雙（2-羥乙基）對苯二甲（jiǎ）酸酯（BHET）的產（chǎn）率僅為1.7%。當反應溫度進一步提高至190 oC時，BHET的產率顯著（zhe）提高至（zhì）93.4%。這（zhè）些結果表明，通過調節反（fǎn）應溫度，利用GB-rich CeO2催化劑可以實現對（duì）混合聚酯塑（sù）料的選擇性解（jiě）聚。

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

如圖4所示，作者通過光熱催化對PC和PET的（de）解聚（jù）動力（lì）學進行了（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（zhe）的（de）催化活性，而對PET的解聚活性則相對較低。當溫度升高時，GB-rich CeO2催化劑對PET的解聚也表現出優異的催化活性，並（bìng）且對PC和PET解聚表現出較大的活化能差異。因此，通過精細調控反應溫（wēn）度，可以（yǐ）實（shí）現PC和PET混合（hé）塑料的選擇性解聚。研究（jiū）人員（yuán）通過密度泛函理論（DFT）計算（suàn）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。計算（suàn）結果表明，GB-rich CeO2催化劑表麵的Ov對乙二醇二苯（běn）甲酸酯（EGD）和對苯二甲酸二苯酯（DPC）模型分子表現出不同的吸附能，且在（zài）解聚反應中，EG和DPC分子解聚的（de）決速步驟存在顯著差異，這些差異在反應中起（qǐ）到了關鍵作用。這些理論計算結果與（yǔ）實驗觀察結果相吻合（hé），進一步驗證了GB-rich CeO2催化劑在選擇性解聚混（hún）合聚酯塑料中的高效性和（hé）選擇性。

圖5. 真實混合聚酯廢棄物的梯（tī）次解聚（jù）。

如圖5所示，作者還利用GB-rich CeO2催化劑，通（tōng）過光（guāng）熱催化（huà）將真（zhēn）實的PET和PC混合塑料梯次解聚為BPA和BHET。

圖6. 光熱催化選擇性回（huí）收混合聚酯塑料的技術經濟分析。

如（rú）圖6所示，作（zuò）者通過（guò）技術經濟分析表明，采用異相（xiàng）光熱催化技術進行混合聚酯塑料的選擇性回收，在節能減排方麵展現出顯著的優勢，這表明（míng）異相光熱催化技術在混合塑（sù）料廢棄物回收領域具有重要的應（yīng）用潛力。

本研究成功開發了一種新型異相光熱催化技（jì）術，用於選（xuǎn）擇（zé）性回收混合聚酯塑料，為塑料廢棄物的高效回收提供（gòng）了創新（xīn）解決方案。通過設計並合成GB-rich CeO2催化劑，在光熱條件下實現了對PET和PC混合塑料的選擇性解聚，成功獲得（dé）了高純度的BPA和BHET單體。技術經濟分析結果表明，該方法在實際應用中具有巨大潛（qián）力。與傳（chuán）統熱催（cuī）化方法相比（bǐ），光熱催化技（jì）術在節能減排方麵展現出顯著優勢（shì），為塑料廢棄物的高效（xiào）綠色（sè）回收（shōu）提供了有力支（zhī）持。