鈷-鎳金屬基催化劑對PET塑料廢棄物的升級回收

中國粉體網(wǎng)訊  PET塑料在包裝領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，給人們的日常生活增添了便利，但與日俱增的塑料廢棄物嚴(yán)重破壞了生態(tài)系統(tǒng)。消除塑料垃圾的一個有效方法是將其轉(zhuǎn)化成有較高價值的產(chǎn)品，稱為“升級回收”。

2021年8月17日，清華大學(xué)化學(xué)系副教授段昊泓和其團(tuán)隊在《自然—通訊》發(fā)表了一篇名為《Electrocatalytic upcycling of polyethylene terephthalate to commodity chemicals and H₂ fuel》的文章，闡述了一種以鈷-鎳金屬基（CoNi_0.25P）為電催化劑，在KOH堿性電解質(zhì)中電解回收聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）塑料的方法。此方法不僅減少了塑料廢棄物對環(huán)境的污染，還能變廢為寶，產(chǎn)物為二甲酸鉀（KDF）、對苯二甲酸（PTA）以及氫氣燃料。

▲a PET回收的傳統(tǒng)路線/b 催化電解PET轉(zhuǎn)化為具有商業(yè)價值的化學(xué)物質(zhì)和H₂燃料（路線I）/c不同電流密度下路線I的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析（TEA）。

PET的聚酯性質(zhì)使其在溫和條件下即容易在堿性物質(zhì)或水解酶的催化下分解為單體，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為有價值的產(chǎn)品；而過渡金屬基磷化物（特別是富含地球的Co和Ni）在各種反應(yīng)中被證明是有效的電催化劑，包括HER、OER和有機(jī)轉(zhuǎn)化。本文獻(xiàn)中所闡述的方法即利用了上述兩個特征，主要反應(yīng)過程如下：

此方法中充分利用了CoNi_0.25P催化劑的高效性和選擇性：PET在KOH堿性溶液被催化水解，產(chǎn)生兩種單體PTA和EG，后者在電解槽中，在CoNi_0.25P催化劑作用下，選擇性地（>90%）在陽極進(jìn)行C–C裂解生成甲酸鹽；與此同時，在同一催化劑作用下，H₂在陰極上生成。隨后，將無水性甲酸加入PET電解質(zhì)中，將pH值調(diào)整為3，甲酸作為PET電解液的酸化劑，使白色PTA從電解質(zhì)中沉淀，然后過濾回收；余下的液體通過濃縮和結(jié)晶轉(zhuǎn)化為固體KDF。最后，獲得的PTA和KDF在60°C的真空烤箱中干燥。初步的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析（TEA）估計，每噸PET廢棄物的升級回收凈收入為350美元。

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/長安）

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