一些河流里漂浮著塑料垃圾，海洋里漂浮著塑料垃圾，甚至一些田地土壤中也殘留著塑料垃圾。

塑料是最好的發(fā)明，還是最壞的發(fā)明？

它方便、耐用，曾被譽為現(xiàn)代工業(yè)的象征，卻“毀譽參半”，甚至成為災(zāi)難：一些河流里漂浮著塑料垃圾，海洋里漂浮著塑料垃圾，甚至一些田地土壤中也殘留著塑料垃圾。

究其原因，華東師范大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師姜雪峰認為，是因為塑料的生命周期沒有實現(xiàn)閉環(huán)——難以降解循環(huán)。

一旦生產(chǎn)出來，塑料似乎就會永遠存在，最終要么留在土壤里，要么流進海洋里，甚至被“撕碎”成細小的微塑料，經(jīng)食物或水，進入人體。

最近，姜雪峰課題組提供了一種解決方案：光解——室溫常壓下，用光來降解塑料。這一過程中使用的催化劑源自海洋。

華東師范大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師姜雪峰。

7月29日，相關(guān)論文正式發(fā)表在《科學(xué)通報》 (Science Bulletin)上。該期刊是由中國科學(xué)院和國家自然科學(xué)基金委員會于1950年共同主辦的跨學(xué)科科學(xué)期刊，半月刊。

該論文的標題是《塑料廢棄物在可見光下降解為商用化學(xué)品和單體》（Degradation of plastic wastes to commercial chemicals and monomers under visible light）。姜雪峰是該論文的通訊作者。

從海水中提取的催化劑

姜雪峰告訴澎湃科技，通過大量實驗，他帶領(lǐng)的團隊發(fā)現(xiàn)使用鈾酰離子作為催化劑，以光照作為能量來源，可以對常見塑料垃圾進行降解。整個過程環(huán)保、節(jié)能、高效。

鈾238有放射性？

姜雪峰告訴澎湃科技，鈾235有放射性，鈾238幾乎沒有放射性，非常安全。海水中存在大量的鈾元素，而從海水中提鈾的技術(shù)已在全世界得到廣泛應(yīng)用。“所以人們不用過多擔(dān)心安全和儲量問題。”姜雪峰說。

姜雪峰表示，未來可以使用太陽光進行光降解。他解釋說，“鈾238對光的最大的吸收位置是460納米。太陽光是可見光，包括400~800納米之間的光。所以，使用太陽光，沒問題。”

目前在實驗中，他們已經(jīng)能夠成功將九種常見塑料在常溫常壓下降解為苯甲酸和對苯二甲酸等化工產(chǎn)品的原材料。“能拿它再去做塑料，做新型的、更好的塑料；也可能變成醫(yī)藥中間體，用到醫(yī)藥上；也有可能用到香精香料上、用到材料上等等。”姜雪峰說。

這種技術(shù)溫和廣譜、水氧兼容。姜雪峰解釋說，“目前塑料垃圾的處理，其中一道工序就是前期的分揀、清洗，達到很干燥、很純凈才能處理。但我們平時見到的塑料垃圾都會帶有色素、黏合劑、水漬，甚至污漬在上面。我們的光降解，瓶子不需要清洗，因為里面有水也沒關(guān)系，標簽不用摘除，有色素或黏合劑發(fā)泡劑，并不影響，依然可以降解。我們這個工作就希望把塑料降解推向了實用性、真實性，實現(xiàn)了復(fù)雜真實場景降解。而且我們還實現(xiàn)了五種塑料的混合降解。讓原本垃圾場里的塑料廢品，變成有價值、可再利用的基礎(chǔ)高純度原料。”

以六水合硝酸鈾作為光敏劑，在460納米藍光照射下，聚苯乙烯可以30%的分離產(chǎn)率獲得苯甲酸；聚苯乙烯泡沫可以40%產(chǎn)率降解為苯甲酸；高抗沖聚苯乙烯（HIPS）可以32%的收率降解為苯甲酸。公斤級真實聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）瓶（未清洗、含水、色素、黏合劑、添加劑）能夠在2天內(nèi)以88%的產(chǎn)率降解為對苯二甲酸。

為了實現(xiàn)應(yīng)用放大，作者還設(shè)計開發(fā)了新型連續(xù)流光反應(yīng)裝置，用于PET降解，與管式操作相比，效率提高54,800倍。

未來，他們將進一步擴大實驗范圍，并研發(fā)適用的大型裝置。

從硫元素到塑料降解

是如何想到用鈾來催化塑料光降解的？

姜雪峰說，“我們是一個專注硫化學(xué)研究的科研小組。在研究硫的多價態(tài)的精準控制合成過程中，要調(diào)節(jié)硫的氧化態(tài)，我們就想找一個綠色而節(jié)能的方法，想用太陽光直接氧化硫。因為我們想規(guī)避化工生產(chǎn)經(jīng)常出現(xiàn)的高溫高壓和高排放。就想用一種綠色的方式來氧化硫。我們找到了鈾，拿它氧化硫，可以從硫醚氧化到亞砜，還可以氧化到砜，實現(xiàn)精準調(diào)控。”

他表示，鈾在整個氧化過程中的作用很獨特。“既然它能夠把硫這么精準地調(diào)控氧化，而且這么柔和、環(huán)保，干嘛不拿它來做塑料的氧化和切斷？因為氧化以后，化學(xué)鍵就會被切斷，但又不會完全切碎（增加碳排放），不就可以精準降解了。我們就拿它嘗試，果真可以把塑料可控的氧化、切斷、降解。”

示意圖：在含鈾238的催化劑作用下，在光照下，塑料被降解。

“原本這些塑料的自然分解要花幾十年甚至數(shù)百年，我們用這種方式一兩天之內(nèi)就把它們分解，而且分解出來得到非常有用的物質(zhì)，如苯甲酸、對二苯甲酸等高附加值的精細化學(xué)品。”姜雪峰說。

閉環(huán)向未來

姜雪峰向澎湃科技表示，雖然塑料袋造成的白色污染確實讓人們頭疼，但是大家不得不承認塑料袋如此輕便、實用，我們?nèi)祟惒粫蛞瓘U食。問題的關(guān)鍵在于，使用完了以后，如何處理、回收、降解、高價值利用。

“我們經(jīng)濟上在考慮循環(huán)經(jīng)濟、閉環(huán)思維，科學(xué)上也一定要考慮閉環(huán)和循環(huán)的。如何做到閉環(huán)，也就是說如何將另外一個半圓畫出來，這就是塑料降解的意義。”“我覺得閉環(huán)的思維最主要的就是不能任意排放到外部。”“遺棄的本質(zhì)是因為它失去了價值。但當(dāng)它有價值的時候，不管是個人還是企業(yè)，有新的利潤產(chǎn)生出現(xiàn)的時候，那么就會出現(xiàn)自動地收集和處理的驅(qū)動力，這個時候我們整個社會發(fā)展就能形成一個閉環(huán)的循環(huán)可持續(xù)發(fā)展系統(tǒng)了。”

“之前，是用小分子的單體把塑料搭建起來，給人類提供了便捷和方便；用完之后，不應(yīng)該拋棄到大自然當(dāng)中，不應(yīng)該把它焚燒后排放出二氧化碳，應(yīng)該思考如何用低能耗、低成本的把它變回到它原來的狀態(tài)。這樣，只要這樣的碳利用能形成一個完整的閉環(huán)，我們?nèi)祟惥湍芨匀缓椭C相處，同時又能滿足我們?nèi)祟惛嗟奈镔|(zhì)需求和生產(chǎn)需求。”姜雪峰說。

附論文鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2095927323004073?via%3Dihub