- 時間：2023-11-22
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- 來源：文匯報
塑料真是讓人歡喜讓人憂。一方面，至今還沒有哪一種材料能像塑料一樣輕便、堅韌、廉價；另一方面，即使是偏遠(yuǎn)深海里的魚類體內(nèi)也已檢測出了微塑料。究其原因，就在于塑料難以被降解，一般自然條件和微生物都對它束手無策。
華東師范大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院教授姜雪峰團(tuán)隊經(jīng)過12年研究，提供了一種全新解決方案：用太陽光催化來降解塑料。這種方法節(jié)能又環(huán)保，只要在室溫常壓下就可使塑料降解，降解后的反應(yīng)物可用于新的塑料生產(chǎn)。由此，塑料在全生命周期上就形成了“生產(chǎn)-應(yīng)用-升級降解-再生產(chǎn)”的閉環(huán)。在日前舉行的上海市高價值專利運營大賽上，這一“真實塑料升級降解循環(huán)利用”項目備受關(guān)注，并獲得市場追捧，入圍二十強(qiáng)。
催化劑來自海水，從高溫高壓到室溫常壓
“光解”塑料的方法是以鈾酰離子作為催化劑，以光照作為能量來源，對常見塑料垃圾進(jìn)行降解。作為催化劑的鈾酰離子來自海水中的鈾238。姜雪峰告訴記者，不同于放射性元素鈾235，鈾238沒有放射性，而且從海水中提取鈾的技術(shù)已在世界范圍廣泛應(yīng)用，不用擔(dān)心儲量問題。
已有的塑料降解技術(shù)通常需要高溫高壓，這意味著需要消耗大量能源。姜雪峰團(tuán)隊以六水合硝酸鈾作為光敏劑，在常溫常壓下成功將9種常見塑料降解為苯甲酸和對苯二甲酸等化工產(chǎn)品的基礎(chǔ)原材料，其中還包括5種塑料的混合降解。姜雪峰解釋說，鈾238對光的最大吸收波段是460納米，太陽光屬于可見光，覆蓋400至800納米波段，因此可被鈾238吸收。
從硫研究中得到靈感，在真實世界中“過坎”
2011年起，姜雪峰就帶領(lǐng)團(tuán)隊開始進(jìn)行塑料降解鍵的活化模型研究。這是一個以硫研究見長的團(tuán)隊，2019年元素周期表問世150周年之際，姜雪峰被國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會評選為“硫元素代言人”。在研究硫的多價態(tài)精準(zhǔn)控制合成過程中，他想找一種綠色節(jié)能的方法來調(diào)節(jié)硫的氧化態(tài)，于是找到了鈾。
“鈾在整個氧化過程中的作用很獨特，既能切斷化學(xué)鍵，又不會完全切碎（增加碳排放），因此可實現(xiàn)精準(zhǔn)降解?！苯┓逭f。他們將其用在塑料上，果然可以實現(xiàn)塑料可控的氧化、切斷、降解。
不過這還只是理論上的可行，實際應(yīng)用中很難找到干燥、干凈的塑料。廢棄塑料大多帶有水漬、糖漬、色素、黏合劑等。為了能讓模型貼合實際應(yīng)用，團(tuán)隊進(jìn)行了系統(tǒng)性探索，逐步建立起在低能耗下降解真實世界塑料的技術(shù)體系。通過這一技術(shù)，有水未干燥的塑料瓶、有色素的垃圾袋、雜亂混合的塑料都可直接進(jìn)行光降解，降解后的產(chǎn)物可繼續(xù)用于制造塑料，或制造醫(yī)藥中間體和香精香料。
拿最有底氣的專利試水，為“從0到10”探路
我國每年產(chǎn)生廢塑料超過6000萬噸，累計廢塑料存量超10億噸，回收1噸廢塑料可減少1至3噸碳排放。海量且剛需的市場前景，讓“真實塑料升級降解循環(huán)利用”這一項目在主打“邊比賽邊運營”的上海市高價值專利運營大賽上備受關(guān)注。
如果說技術(shù)如何用于真實世界是第一道坎，那么科學(xué)家如何運營公司則是第二道坎，這也是在近半年的參賽時間中，姜雪峰從評委們身上學(xué)到最多的。“成果轉(zhuǎn)化最后一公里看似不長，但要考慮的東西很多，如團(tuán)隊建設(shè)、資本運營、產(chǎn)業(yè)鏈、營收比等，任何一個環(huán)節(jié)布局不當(dāng)，都會導(dǎo)致轉(zhuǎn)化失敗?！彼f，半年來，評委們不僅傳授經(jīng)驗、提供建議，還會從不同角度提出質(zhì)疑，這些都成為項目迭代的后續(xù)抓手。
用12年時間實現(xiàn)了塑料生命周期科學(xué)模型閉環(huán)后，姜雪峰團(tuán)隊正在打造塑料在產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的閉環(huán)。目前該項目已完成中試，并在海南完成了裝置調(diào)試，在浙江舟山也有應(yīng)用項目落地。團(tuán)隊設(shè)計開發(fā)的新型連續(xù)流光反應(yīng)裝置，與管式操作相比，PET（滌綸樹脂）降解效率提高54800倍。
姜雪峰有100多個專利，光降解塑料是其中最有轉(zhuǎn)化“底氣”的專利之一。此次“從0到10”的探路，也是為后續(xù)系列專利轉(zhuǎn)化鋪路。（沈湫莎）