2023-11-21
太阳光降解塑料实现循环利用闭环
华东师大教授十二年研究为破解白色污染难题提供全新解决方案
■本报记者 沈湫莎
塑料真是让人欢喜让人忧。一方面，至今还没有哪一种材料能像塑料一样轻便、坚韧、廉价；另一方面，即使是偏远深海里的鱼类体内也已检测出了微塑料。究其原因，就在于塑料难以被降解，一般自然条件和微生物都对它束手无策。
华东师范大学化学与分子工程学院教授姜雪峰团队经过12年研究，提供了一种全新解决方案：用太阳光催化来降解塑料。这种方法节能又环保，只要在室温常压下就可使塑料降解，降解后的反应物可用于新的塑料生产。由此，塑料在全生命周期上就形成了“生产-应用-升级降解-再生产”的闭环。在日前举行的上海市高价值专利运营大赛上，这一“真实塑料升级降解循环利用”项目备受关注，并获得市场追捧，入围二十强。
催化剂来自海水，从高温高压到室温常压
“光解”塑料的方法是以铀酰离子作为催化剂，以光照作为能量来源，对常见塑料垃圾进行降解。作为催化剂的铀酰离子来自海水中的铀238。姜雪峰告诉记者，不同于放射性元素铀235，铀238没有放射性，而且从海水中提取铀的技术已在世界范围广泛应用，不用担心储量问题。
已有的塑料降解技术通常需要高温高压，这意味着需要消耗大量能源。姜雪峰团队以六水合硝酸铀作为光敏剂，在常温常压下成功将9种常见塑料降解为苯甲酸和对苯二甲酸等化工产品的基础原材料，其中还包括5种塑料的混合降解。姜雪峰解释说，铀238对光的最大吸收波段是460纳米，太阳光属于可见光，覆盖400至800纳米波段，因此可被铀238吸收。
从硫研究中得到灵感，在真实世界中“过坎”
2011年起，姜雪峰就带领团队开始进行塑料降解键的活化模型研究。这是一个以硫研究见长的团队，2019年元素周期表问世150周年之际，姜雪峰被国际纯粹与应用化学联合会评选为“硫元素代言人”。在研究硫的多价态精准控制合成过程中，他想找一种绿色节能的方法来调节硫的氧化态，于是找到了铀。
“铀在整个氧化过程中的作用很独特，既能切断化学键，又不会完全切碎（增加碳排放），因此可实现精准降解。”姜雪峰说。他们将其用在塑料上，果然可以实现塑料可控的氧化、切断、降解。
不过这还只是理论上的可行，实际应用中很难找到干燥、干净的塑料。废弃塑料大多带有水渍、糖渍、色素、黏合剂等。为了能让模型贴合实际应用，团队进行了系统性探索，逐步建立起在低能耗下降解真实世界塑料的技术体系。通过这一技术，有水未干燥的塑料瓶、有色素的垃圾袋、杂乱混合的塑料都可直接进行光降解，降解后的产物可继续用于制造塑料，或制造医药中间体和香精香料。
拿最有底气的专利试水，为“从0到10”探路
我国每年产生废塑料超过6000万吨，累计废塑料存量超10亿吨，回收1吨废塑料可减少1至3吨碳排放。海量且刚需的市场前景，让“真实塑料升级降解循环利用”这一项目在主打“边比赛边运营”的上海市高价值专利运营大赛上备受关注。
如果说技术如何用于真实世界是第一道坎，那么科学家如何运营公司则是第二道坎，这也是在近半年的参赛时间中，姜雪峰从评委们身上学到最多的。“成果转化最后一公里看似不长，但要考虑的东西很多，如团队建设、资本运营、产业链、营收比等，任何一个环节布局不当，都会导致转化失败。”他说，半年来，评委们不仅传授经验、提供建议，还会从不同角度提出质疑，这些都成为项目迭代的后续抓手。
用12年时间实现了塑料生命周期科学模型闭环后，姜雪峰团队正在打造塑料在产业发展中的闭环。目前该项目已完成中试，并在海南完成了装置调试，在浙江舟山也有应用项目落地。团队设计开发的新型连续流光反应装置，与管式操作相比，PET（涤纶树脂）降解效率提高54800倍。
姜雪峰有100多个专利，光降解塑料是其中最有转化“底气”的专利之一。此次“从0到10”的探路，也是为后续系列专利转化铺路。
塑料真是让人欢喜让人忧。一方面，至今还没有哪一种材料能像塑料一样轻便、坚韧、廉价；另一方面，即使是偏远深海里的鱼类体内也已检测出了微塑料。究其原因，就在于塑料难以被降解，一般自然条件和微生物都对它束手无策。
华东师范大学化学与分子工程学院教授姜雪峰团队经过12年研究，提供了一种全新解决方案：用太阳光催化来降解塑料。这种方法节能又环保，只要在室温常压下就可使塑料降解，降解后的反应物可用于新的塑料生产。由此，塑料在全生命周期上就形成了“生产-应用-升级降解-再生产”的闭环。在日前举行的上海市高价值专利运营大赛上，这一“真实塑料升级降解循环利用”项目备受关注，并获得市场追捧，入围二十强。
催化剂来自海水，从高温高压到室温常压
“光解”塑料的方法是以铀酰离子作为催化剂，以光照作为能量来源，对常见塑料垃圾进行降解。作为催化剂的铀酰离子来自海水中的铀238。姜雪峰告诉记者，不同于放射性元素铀235，铀238没有放射性，而且从海水中提取铀的技术已在世界范围广泛应用，不用担心储量问题。
已有的塑料降解技术通常需要高温高压，这意味着需要消耗大量能源。姜雪峰团队以六水合硝酸铀作为光敏剂，在常温常压下成功将9种常见塑料降解为苯甲酸和对苯二甲酸等化工产品的基础原材料，其中还包括5种塑料的混合降解。姜雪峰解释说，铀238对光的最大吸收波段是460纳米，太阳光属于可见光，覆盖400至800纳米波段，因此可被铀238吸收。
从硫研究中得到灵感，在真实世界中“过坎”
2011年起，姜雪峰就带领团队开始进行塑料降解键的活化模型研究。这是一个以硫研究见长的团队，2019年元素周期表问世150周年之际，姜雪峰被国际纯粹与应用化学联合会评选为“硫元素代言人”。在研究硫的多价态精准控制合成过程中，他想找一种绿色节能的方法来调节硫的氧化态，于是找到了铀。
“铀在整个氧化过程中的作用很独特，既能切断化学键，又不会完全切碎（增加碳排放），因此可实现精准降解。”姜雪峰说。他们将其用在塑料上，果然可以实现塑料可控的氧化、切断、降解。
不过这还只是理论上的可行，实际应用中很难找到干燥、干净的塑料。废弃塑料大多带有水渍、糖渍、色素、黏合剂等。为了能让模型贴合实际应用，团队进行了系统性探索，逐步建立起在低能耗下降解真实世界塑料的技术体系。通过这一技术，有水未干燥的塑料瓶、有色素的垃圾袋、杂乱混合的塑料都可直接进行光降解，降解后的产物可继续用于制造塑料，或制造医药中间体和香精香料。
拿最有底气的专利试水，为“从0到10”探路
我国每年产生废塑料超过6000万吨，累计废塑料存量超10亿吨，回收1吨废塑料可减少1至3吨碳排放。海量且刚需的市场前景，让“真实塑料升级降解循环利用”这一项目在主打“边比赛边运营”的上海市高价值专利运营大赛上备受关注。
如果说技术如何用于真实世界是第一道坎，那么科学家如何运营公司则是第二道坎，这也是在近半年的参赛时间中，姜雪峰从评委们身上学到最多的。“成果转化最后一公里看似不长，但要考虑的东西很多，如团队建设、资本运营、产业链、营收比等，任何一个环节布局不当，都会导致转化失败。”他说，半年来，评委们不仅传授经验、提供建议，还会从不同角度提出质疑，这些都成为项目迭代的后续抓手。
用12年时间实现了塑料生命周期科学模型闭环后，姜雪峰团队正在打造塑料在产业发展中的闭环。目前该项目已完成中试，并在海南完成了装置调试，在浙江舟山也有应用项目落地。团队设计开发的新型连续流光反应装置，与管式操作相比，PET（涤纶树脂）降解效率提高54800倍。
姜雪峰有100多个专利，光降解塑料是其中最有转化“底气”的专利之一。此次“从0到10”的探路，也是为后续系列专利转化铺路。