科学家在阳光下将塑料废料转化为有价值的化学物质

NTU SPMS助理Soo Han Sen教授使用了塑料-光催化剂混合物，当将其暴露在阳光下时，它会将塑料转化为有用的化学品甲酸。

新加坡南洋理工大学（NTU新加坡）的化学家发现了一种可以利用阳光将塑料废料转变成有价值的化学物质的方法。

在实验室实验中，研究小组将塑料与催化剂混合在溶剂中，从而使溶液能够利用光能并将溶解的塑料转化为甲酸（一种用于燃料电池中产生电能的化学物质）。

NTU物理与数学科学学院助理教授Soo Han Sen带领的团队报告了他们在先进科学领域的工作，他们的催化剂是由价格实惠的生物相容性金属钒制成的，钒通常用于车辆钢合金和飞机铝合金。

当钒基催化剂溶解在含有不可生物降解的消费类塑料（如聚乙烯）的溶液中并暴露在人造阳光下时，它会在六天内破坏塑料内的碳-碳键。

此过程将聚乙烯转变为甲酸，这是一种天然存在的防腐剂和抗菌剂，也可用于发电厂和氢燃料电池车辆的能源生产。

（从左起）研究员Chin Kek Foo博士，南大副教授Soo Han Sen教授和Milos Dokic博士讨论了他们的新光催化剂。

“我们的目标是开发可持续和具有成本效益的方法，以利用阳光来制造燃料和其他化学产品，” Soo助理教授说。“这种新的化学处理方法是第一个报告的工艺，它可以使用可见光和不含重金属的催化剂完全分解不可生物降解的塑料，例如聚乙烯。”在新加坡
，大部分塑料废物都被焚化，产生温室气体，例如作为二氧化碳，以及剩余的大量燃烧的灰烬被运到Semakau垃圾填埋场，据估计，该垃圾填埋场到2035年将耗尽空间。

开发创新的零废物解决方案，例如这种将废物转化为资源的环保催化剂，是NTU智能校园愿景的一部分，旨在发展可持续的未来。

利用来自太阳的能量转换化学物质

钒基催化剂由有机基团支撑，通常缩写为LV（O），它利用光能驱动化学反应，因此被称为光催化剂。

光催化剂使化学反应能够由阳光驱动，这与工业中大多数需要热量的反应不同，该反应通常是通过燃烧化石燃料而产生的。

新型光催化剂的其他优点是低成本，丰富且对环境友好，这与由昂贵或有毒金属（如铂，钯或钌）制成的普通催化剂不同。

尽管科学家们尝试了其他方法将废塑料转变成有用的化学物质，但许多方法涉及不良试剂或太多步骤以致无法扩大规模。

一个例子是一种称为光重整的方法，该方法将塑料与水和日光混合以产生氢气，但这需要使用含有镉（一种有毒的重金属）的催化剂。其他方法要求塑料使用刺激性强的化学溶液处理。

大多数塑料是不可生物降解的，因为它们包含异常惰性的化学键，称为碳-碳键，如果不施加高温，这些化学键不易分解。

NTU研究团队开发的新型钒基光催化剂是专门设计来打破这些键的，其方法是将其锁定在附近的一个称为醇基的化学基团上，并利用阳光吸收的能量像拉链一样解开分子。

在实验室规模进行实验时，首先将塑料样品通过在溶剂中加热至85摄氏度来溶解，然后溶解粉末状催化剂。然后将该溶液暴露在人造阳光下几天。该小组使用这种方法表明，他们的光催化剂能够分解30多种不同化合物中的碳-碳键，结果证明了一种环保，低成本的光催化剂的概念。

该研究小组正在寻求改进工艺的方法，以使塑料分解以生产其他有用的化学燃料，例如氢气。

该研究项目由五名科学家组成的团队进行了为期两年的研究，部分获得了NTU的人造光合作用实验室以及A * STAR先进制造与工程（AME）独立研究资助的支持，该资助旨在将基础科学思想转化为有用的应用程序。

参考：Sarifuddin Gazi，MilošÐokic，Kek Foo Chin，Pei Rou Ng和Han Sen Soo的“可见光驱动的级联碳-碳键断裂用于有机转化和塑料回收”，2019年10月24日，先进科学。DOI：
10.1002 / advs.201902020