科學家利用陽光將塑料轉化為有用的化學物質

2019/12/12 10:20:55

來源：南洋理工大學

新加坡南洋理工大學（NTU新加坡）的化學家發現了一種可以通過利用陽光將塑料廢料轉變成有價值的化學品的方法。

在實驗室實驗中，研究小組將塑料與催化劑混合在溶劑中，從而使溶液能夠利用光能并將溶解的塑料轉化為甲酸（一種用于燃料電池中的化學物質）。

由南洋理工大學物理與數學科學學院助理教授Soo Han Sen帶領的團隊報告了他們在先進科學領域的工作，他們的催化劑來自價格合理的生物相容性金屬釩，該金屬釩通常用于車輛的鋼合金和飛機的鋁合金。

當釩基催化劑溶解在含有不可生物降解的消費類塑料（如聚乙烯）的溶液中并暴露在人造陽光下時，它會在六天內破壞塑料內的碳-碳鍵。

此過程將聚乙烯轉變為甲酸，這是一種天然存在的防腐劑和抗菌劑，也可用于發電廠和氫燃料電池車輛的能源生產。

Soo助理教授說：“我們旨在開發可持續且具有成本效益的方法，以利用陽光來制造燃料和其他化學產品。” “這種新的化學處理方法是首次報道的方法，該方法可以使用可見光和不含重金屬的催化劑完全分解不可生物降解的塑料，例如聚乙烯。”

在新加坡，大多數塑料廢料都被焚化，產生二氧化碳等溫室氣體，而剩余的大量燃燒的灰燼則被運送到Semakau垃圾填埋場，據估計，該垃圾填埋場到2035年將耗盡空間。

開發創新的零廢物解決方案，例如將廢物轉化為資源的環保催化劑，是NTU智能校園愿景的一部分，旨在發展可持續的未來。

利用來自太陽的能量轉換化學物質

釩基催化劑由有機基團支撐，通常縮寫為LV（O），它利用光能驅動化學反應，因此被稱為光催化劑。

光催化劑使化學反應能夠由陽光驅動，這與工業中大多數需要熱量的反應不同，該反應通常是通過燃燒化石燃料而產生的。

新型光催化劑的其他優點是低成本，豐富且環保，這與由昂貴或有毒金屬（如鉑，鈀或釕）制成的普通催化劑不同。

盡管科學家們嘗試了其他方法將廢塑料轉變為有用的化學物質，但許多方法涉及不良試劑或過多步驟以致無法擴大規模。

一個例子是一種稱為光重整的方法，該方法將塑料與水和日光混合以產生氫氣，但這需要使用含有鎘（一種有毒的重金屬）的催化劑。其他方法要求塑料使用刺激性強的化學溶液處理。

大多數塑料是不可生物降解的，因為它們包含稱為碳-碳鍵的極度惰性的化學鍵，如果不施加高溫，這些化學鍵不易分解。

NTU研究團隊開發的新型釩基光催化劑是專門設計來打破這些鍵的，其方法是將其鎖定在附近的一個稱為醇基的化學基團上，并利用陽光吸收的能量像拉鏈一樣解開分子。

在實驗室規模進行實驗時，首先將塑料樣品通過在溶劑中加熱至85攝氏度來溶解，然后溶解粉末狀催化劑。然后將該溶液暴露在人造陽光下幾天。研究小組使用這種方法表明，他們的光催化劑能夠分解30多種不同化合物中的碳-碳鍵，結果證明了一種環保，低成本的光催化劑的概念。

該研究小組正在尋求改進工藝的方法，以使塑料分解以生產其他有用的化學燃料，例如氫氣。

原文鏈接：https://phys.org/news/2019-12-scientists-plastics-chemicals-sunlight.html

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