研究背景
共同升級混合塑料是回收塑料廢料中碳資源并實現循環經濟的可行途徑。然而，聚氯乙烯（PVC）的存在常常使共同升級過程復雜化，因為PVC釋放的氯（Cl）會使催化劑失活并進入最終產品。此外，現有的塑料升級過程通常需要苛刻的反應條件。為了解決這一問題，華東師范大學劉玥教授、張偉教授等人在“Nature Sustainability”期刊上發表了題為“Room-temperature co-upcycling of polyvinyl chloride and polypropylene”的最新論文。本文提出了一種策略，使得在溫和條件下高效共同升級PVC和聚丙烯（PP）。研究者使用抗氯離子液體丁基吡啶氯化鋁（[C4Py]Cl-AlCl3）來脫氯PVC，并同時將PP-PVC混合物解聚為不含氯的液體烴，同時副產氯化氫（HCl）。這一轉化方法在常溫下操作，無需外部氫氣或貴金屬催化劑。無氯液體烴的產率高達進料PP-PVC混合物中C和H的97.4wt%。這項工作可以促進塑料升級的技術發展，改善塑料廢物管理的可持續性。
科學亮點
1.實驗首次高效共同升級PVC和PP，得到了不含氯的液體烴和氯化氫（HCl）。采用氯化鋁離子液體丁基吡啶氯化鋁（[C4Py]Cl-AlCl3）作為催化劑，在室溫下對PVC和PP的混合物進行共同升級反應。2.實驗通過使用耐氯的離子液體[ C4Py]Cl-AlCl3，實現了PVC的脫氯和PP的解聚。反應在常溫下進行，無需外部氫氣或貴金屬催化劑，反應時間為2小時，獲得了100%的轉化率。3.實驗結果顯示，共升級過程中生成的液體烴包含35.5wt%的C4–7、36.4wt%的C8–12和28.1wt%的C13+，且氯含量幾乎為零。這表明該方法不僅能有效脫氯，而且具有高效的液體烴產物生成能力。4.該研究為塑料廢料的可持續管理提供了新的技術路徑。通過共同升級PVC和PP，實現了混合塑料廢料的高效回收，為塑料回收技術的進一步發展和塑料廢物管理的可持續性做出了貢獻。
圖文解讀
圖1: PP、PVC 及其混合物在 [C4Py]Cl-AlCl3 中的轉化。圖6：[C4Py]Cl-AlCl3催化劑的回收測試。
總結展望
氯耐受性[ C4Py Cl-AlCl3離子液體在室溫下有效地將混合PVC和聚丙烯（PP）轉化為無氯的液態烴和氯化氫（HCl）。該[ C4Py ]Cl-AlCl3離子液體具有雙重功能，既能脫氯PVC，又能有效地解聚PVC和PP，生成無氯的液態烴，從混合物中回收高達97.4wt%的C和H。氯迅速從PVC中抽出并轉化為HCl。二甲基苯二甲酸酯和異丁基苯二甲酸酯等添加劑不影響反應，并且也能夠回收。該催化劑在多個重復循環中表現出穩定性能，PVC-PP轉化循環達到三次，PVC-庚烷轉化循環達到五次。此外，經過H2處理可以再生失活的催化劑。該催化方法不需要貴金屬催化劑或外部氫氣源，如H2或有機氫供體。對于大規模應用，需要謹慎設計離子液體的回收、再生和產物分離。本研究提供了一種可持續、經濟的化學回收方法，用于含PVC的混合塑料廢料。 Gao, Z., Wang, Y., Yuan, L. et al. Room-temperature co-upcycling of polyvinyl chloride and polypropylene. Nat Sustain (2024). https://doi.org/10.1038/s41893-024-01468-7
