Репортаж от Wedoany，Ранним утром 16 июля по пекинскому времени команда профессора Ван Юна из Чжэцзянского университета совместно с Кардиффским университетом, Токийским университетом, Чжэцзянским технологическим университетом, Китайским университетом метрологии и другими зарубежными вузами опубликовала в международном журнале Nature новое исследование технологии разложения пластика, которое полностью разрушает технические ограничения традиционной переработки отходов пластика.

Исследовательская группа преодолела зависимость традиционной переработки пластика от высоких температур, высокого давления и сложных химических реагентов. Используя только воду и кислород — два самых распространённых и дешёвых вещества в природе — в качестве реакционной среды, им удалось в мягких условиях эффективно преобразовать отходы полиэтилена, полипропилена и даже старые шины в высокоценные органические кислоты, открыв новый путь для повышения ценности пластиковых отходов.

В настоящее время ежегодное мировое производство пластика превышает 400 миллионов тонн. Большое количество отходов пластика попадает в почву и океан через захоронение, сжигание и неконтролируемый выброс, постоянно образуя микропластик и создавая долгосрочные экологические проблемы. Современные технологии химической переработки могут обработать лишь около 9% отходов пластика и имеют очевидные недостатки: большинство из них зависит от катализаторов из драгоценных металлов, реакции требуют высоких температур и давления, что приводит к высокому энергопотреблению и затратам на обработку, а катализаторы легко теряют активность, что затрудняет их масштабное применение.

В настоящее время основное направление научных исследований в отрасли по-прежнему сосредоточено на разработке каталитических материалов с более высокой производительностью.

«Изначально наш подход к разложению пластика был таким же, как и у большинства коллег — разработка более эффективных катализаторов», — вспоминает Ван Юн.

Один обычный контрольный эксперимент полностью изменил направление исследований команды. Докторант Гао Жуйлян в ходе стандартного эксперимента по разложению установил контрольную группу без катализатора. По логике, в этой группе не должно было произойти никакой реакции, но экспериментальные данные показали, что стабильный полиэтилен заметно разложился.

«Сначала мы думали, что это могла быть ошибка в операции или остатки микроколичества катализатора в реакторе», — объясняет Ван Юн. Для проверки команда провела десятки перекрёстных повторных экспериментов, и явление разложения пластика стабильно воспроизводилось. В итоге исследователи подтвердили, что без добавления каких-либо катализаторов пластик всё равно может разлагаться.

Профессор Ван Юн отметил, что многие прорывные научные открытия происходят из аномальных экспериментальных данных. Если просто отнести необычные результаты к экспериментальным ошибкам, можно упустить новые научные закономерности.

Это открытие полностью разрушило прежнюю исследовательскую структуру команды и сместило фокус с «разработки более эффективных катализаторов» на новый научный вопрос: «Почему пластик всё ещё разлагается в отсутствие катализатора?»

Впоследствии команда углубилась в изучение механизма реакции и нашла ключ к явлению разложения — интерфейс микроскопических капель.

При нагреве отходов пластика с водой и кислородом расплавленный пластик под действием перемешивания диспергируется в бесчисленные микрометровые масляные капли, образуя стабильную систему «масло в воде» из микрокапель. Исследования показали, что на интерфейсе этих, казалось бы, обычных капель из-за асимметрии расположения молекул на интерфейсе спонтанно возникает сильное локальное электрическое поле. Эта особая интерфейсная среда способствует активации молекул воды, генерируя in situ гидроксильные радикалы (•OH) с сильной окислительной способностью.

Эти гидроксильные радикалы, словно точные «молекулярные ножницы», постепенно разрывают стабильные углерод-углеродные длинные цепи в полиэтилене, полипропилене и других пластиках, превращая трудноразлагаемые полимерные материалы в высокоценные химические продукты, такие как короткоцепочечные дикарбоновые кислоты.

«Весь процесс не требует добавления каких-либо катализаторов, только воды и кислорода, и при мягких условиях около ста градусов можно полностью преобразовать полиэтилен», — говорит Ван Юн. Что ещё более важно, после реакции не остаётся никаких следов микропластика, что обеспечивает полное разложение и высокоценное использование в истинном смысле.

Это открытие не только обновило понимание механизма окислительного разложения пластика, но и открыло новый технологический путь для индустрии переработки пластика. Отходы пластика, которые ранее имели низкую ценность и высокие затраты на обработку, теперь могут быть напрямую преобразованы в высокоценное химическое сырьё, превращаясь из экологического бремени в ресурсное богатство.