瓶子回收设施里成堆的用过的塑料瓶

混合塑料很难回收，但一种新工艺展示了如何回收。来源:中国照片/盖蒂

据《科学》杂志报道，通常令人头疼的塑料混合物经过两步过程被分解成有用的、更小的化学成分科学10月13日1．

回收这些坚固材料的难度加剧了地球面临的塑料问题。尽管有化学方法可以分解它们的长聚合物链，但这些技术很难大规模实施，部分原因是回收需要处理塑料混合物。

由位于科罗拉多州戈尔登的美国国家可再生能源实验室(NREL)的化学工程师Gregg Beckham领导的一个团队，开发了一种分两步的工艺，使用化学和生物学来分解一种最常见的塑料混合物，使其进入回收工厂:高密度聚乙烯(HDPE)，一种经常在食品包装中发现的软塑料;聚苯乙烯，包括泡沫聚苯乙烯;以及聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，这是一种坚固、轻便的塑料，用于制造饮料瓶。

新加坡国立大学(National University of Singapore)的化学家宁燕(音译)表示:“以前只有少数研究报告了塑料混合物的化学回收。”宁燕是开发出这种系统的少数研究人员之一2．他补充说:“结合化学和生物途径来转化塑料混合物更是罕见。”

两步的过程

该团队首先使用钴或锰基催化剂催化氧化反应，将坚韧的聚合物链分解为含氧的有机酸分子。这个过程的灵感来自2003年的一项研究3.特拉华州威尔明顿市杜邦化学公司的化学家沃尔特·帕滕海默(Walter Partenheimer)利用这种技术将单个塑料分解为苯甲酸和丙酮等化学物质。

但贝克汉姆想把有机酸分子变成更容易商品化的东西。为了做到这一点，研究小组转向了微生物——特别是细菌假单胞菌putida这是一种可以利用不同的小有机分子作为碳源的技术。“这是一种非常有趣的生物，”贝克汉姆说。研究小组设计了这些微生物来消耗含氧有机分子，这些有机分子是研究人员通过“自氧化”反应从不同的塑料中合成的:聚乙烯的二羧酸、PET的对苯二甲酸和聚苯乙烯的苯甲酸。

这种细菌产生了两种化学成分，分别用于制造高质量的性能增强聚合物或生物聚合物。加州大学圣巴巴拉分校的化学家苏珊娜·斯科特说:“生物学可以获取多种碳源，并将它们汇集成单一产品，在这种情况下，一个分子可以用来制造高度生物降解的聚合物。”

研究人员使用纯聚合物颗粒的混合物开发了他们的工艺，但也在日常产品中发现的混合塑料上进行了测试。“我们以牛奶容器的形式购买高密度聚乙烯，从我办公室外的自动贩卖机购买一次性饮料瓶的PET。然后是聚苯乙烯或泡沫聚苯乙烯杯。”

温度限制

但威斯康星大学麦迪逊分校的化学家、该研究的合著者Shannon Stahl说，扩大这一过程将是一个挑战。一个问题是自氧化反应的温度。目前，每种塑料在不同的温度下反应最好，而该团队用于混合物的塑料对应的是最顽固的反应。斯塔尔说，还需要更多的基础化学来弄清这种反应是如何发生的，并提高反应的产量。

但他补充说，许多公司已经在研究自氧化过程，将二甲苯转化为对苯二甲酸，一种PET前体分子。斯塔尔说:“这里面有很多内部知识，如果这些公司中有一家或多家愿意探索这个领域，我认为他们可以提供很多技术诀窍。”贝克汉姆说，该团队正在对其过程进行经济分析和生命周期评估。

阎说，另一个问题是如何销售细菌产生的小分子，因为对这些产品的需求远远小于废塑料的数量。他表示:“这一过程是否会扩大规模取决于经济竞争力。”