作者:陈金星等 来源:《物质》 发布时间:2022/2/25 9:35:34
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苏州大学利用光热催化技术实现绿色高效聚酯回收

 

北京时间2022年2月25日0时,苏州大学功能纳米与软物质研究院陈金星团队在Matter上发表一篇题为“Solar thermal catalysis for sustainable and effificient polyester upcycling”的新研究。

课题组利用光热催化技术实现复合塑料的选择性回收,为化学回收技术的发展带来了新契机。论文第一作者为刘钰,通讯作者为陈金星。

随着全世界人口的不断增长和聚酯工业的迅猛发展,伴随而来的是聚酯废料急剧增加,不仅产生了严重的环境污染,而且造成了巨大的资源浪费,因此,聚酯废料的回收利用是解决环境污染问题和实现资源循环利用的重要途径。在诸多聚酯废料回收方法中,化学回收法可以将聚酯废料解聚为单体,可以进一步聚合成为新的聚酯产品。然而,传统的聚酯废料化学回收技术面临着能耗高、生产成本高和复合塑料回收困难等问题,这严重地限制了化学回收技术的进一步发展。光热催化技术(Solar thermal catalysis)是一种借助于光热材料(如等离激元、半导体、聚合物等)实现将光能转化为热能的能量利用方式。该技术既可以降低能耗,减少成本,又可以实现复合塑料的选择性回收,为化学回收技术的发展带来了新契机。

图1:光热催化驱动聚酯化学回收。

图2:催化性能优化。

该光热技术实现了高效聚酯回收。在光照下,将光热试剂应用于PET乙二醇解,在[Ch]3[PO4]催化剂辅助作用下,经过多次酯交换过程实现PET的高效化学回收。最终得到高纯度的BHET单体。在保证相同温度下,光热催化得到的PET转化率和BHET产率是热催化的三倍。同时,在保证相同PET转化率下,光热催化和热催化之间存在约30℃的温差。

图3:光热催化机理研究。

该光热催化技术发展了局域热效应。实验研究排除了光化学作用,同时,反应动力学结果表明光热和热催化具有相似的活化能,此外,通过光热模拟发现光吸收剂和环境之间存在约53.1K的温度差异,所有结果都证实了光热催化过程中存在局域热效应。也正是得益于局域热效应的存在,有效地加快了PET解聚效率,从而导致PET回收效率的大幅提升。

图4:光热催化应用展示。

图5:能量消耗评估。

光热催化应用展示和能耗评估。户外光热催化聚酯回收实验实现了大规模、高效光热催化聚酯升级回收,同时,还可以实现有色塑料和复合塑料的选择性回收。此外,与传统热催化相比,光热催化每回收一吨聚酯废料可以减少3.7GJ能量消耗和0.4吨CO2排放,并且可以有效地减少VOC、NOx、SOx和PM2.5等有毒、有害气体排放。因此,该工作为实现全球碳中和提供了一种有效的策略。(来源:科学网)

相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.matt.2022.02.002

 
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