劍橋新發明：太陽一照就能把廢塑料變燃料

塑膠是不容忽視的白色污染。根據資料統計，2023 年全球塑膠年產量在4 億噸以上，但其中被回收的塑膠僅佔18%，其餘的塑膠通常被焚燒、掩埋或洩漏到自然生態系統，可能在環境中存在數十年甚至上百年。

近日，英國劍橋大學團隊為解決全球塑膠垃圾問題提供了一個新方案。他們研發了一種太陽能反應器，利用從廢棄汽車電池中回收的酸液能夠分解傳統方法難以回收的塑膠垃圾，例如飲料瓶、尼龍、聚氨酯（PU）等，並將它們轉化成清潔的氫燃料和具有工業價值的乙酸。

研究的關鍵創新在於，研究人員設計了一種不含貴金屬的高效光催化劑（CoMoS₂-CNₓ），它不僅能耐受強酸，還能透過太陽能驅動分解廢舊汽車電池中的酸。實驗結果顯示，產氫量高、選擇性高，連續運轉260 小時仍能維持性能不衰減。

此方法由太陽能驅動，成本比現有化學方法低1 個數量級，且酸液可重複使用。這種方法創建了一個新的循環經濟系統“廢酸分解廢塑膠”，有望成為塑膠升級回收的補充方案。相關論文發表於Joule。

未來或許可以在社區裡建造一個小型裝置，把收集來的塑膠瓶丟進去，加上回收的廢酸，太陽一曬，就能產出氫氣和醋酸。這樣既處理了垃圾，又產生了能源和化學品，也產生了經濟效益。

過去的研究中，在強酸條件下穩定運作的光催化體系極為少見，因為它會溶解所有物質。酸長期被用於分解塑料，但問題在於，先前領域內尚未找到一種兼具廉價、大規模生產以及耐受酸的光催化劑。

這項研究源於研究人員的一次偶然發現。研究團隊在硫氰酸鉀鹽熔處理過程中，以原位生成的硫化氫氣體為硫源，直接在氰胺官能化的氮化碳骨架內將金屬氧化物前驅物硫化處理，成功製備出鈷促進的二硫化鉬複合氮化碳光催化劑。

他們先用汽車電池廢酸對廢塑膠進行處理，將長聚合物鏈分解為乙二醇等化學構件，然後在陽光照射和光催化劑作用下，這些成分再轉化為氫氣和乙酸。

新型催化劑不僅解決了酸的穩定性難題，也展現出優異的催化活性，在405 奈米LED 光照條件下，從聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）廢料中產生的氫氣產率可達每克催化劑1.9 毫摩爾，量子產率為9.0%，在PU 的產量可達每克催化劑1.9 毫摩爾，量子產率為9.0%，在PU 的產氫量可達每克催化劑4.2 2 毫克。

要了解的是，在光重整體系中，大多數體系產物是複雜的混合物，而新型催化劑作用下，醋酸選擇性高達89%。

與傳統的鹼性水解相比，酸解速度提升了3.5 倍，且對苯二甲酸會從水解液中直接沉澱析出，無需額外的pH 調節步驟。值得關注的是，它在連續運行260 多個小時期間，性能仍未表現出下降趨勢。

現有的技術難以處理PET 以外的塑料，而該方法對多種類型的塑膠廢棄物具有普適性，例如目前難以回收的尼龍和PU 等塑膠成分。研究人員對相關成分進行了測試，在這種太陽能反應器的作用下，不僅可產生高產氫量還同步生產高選擇性的乙酸。

此方法除了適用於新的實驗室級酸之外，也可對從汽車電池中回收的酸發揮作用。通常來說，這些電池的酸含量在20% 到40% 之間（以體積計），每年在全球範圍內被大量更換。人們通常會將汽車電池中的鉛提取出來再次出售，但酸在安全中和後會產生額外的廢物。

（來源：Joule）

研究團隊指出，在中和酸之前將它們收集起來，並不斷利用其分解塑料，是一種新的永續性資源。它「一箭雙雕」的效果體現在：不僅省去了中和酸所消耗的環境成本，還能利用它來生產清潔的氫氣。

更重要的是，與其他光重整方法相比，這種新方法成本可降低1 個數量級左右，原因在於這種酸可提高氫氣生產率、重複使用，而不是被消耗或浪費。

當然，這項研究現階段仍有一定局限性，儘管初步驗證了化學原理，但需要進一步確認反應器是否能夠承受腐蝕性條件。當下，在工業領域已能夠安全處理這些酸，但研究人員提出，現在的問題是：應該如何建造可連續運作並處理實際廢棄物的反應器？

研究團隊透露，這種新方法不會取代傳統的回收利用，但可以作為補充方案，幫助處理現有技術無法處理的塑膠污染或混合塑膠。

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