瓶子回收设施中堆积着大量的废旧塑料瓶

混合塑料很难回收，但一种新工艺展示了如何回收。来源:中国图片社/盖蒂

塑料混合物，通常是一个头疼的回收，已经被分解成有用的，更小的化学成分在一个两步的过程中，据报道科学10月13日1．

由于回收这些坚固材料的困难，地球面临的塑料问题更加严重。尽管存在化学方法来切断它们的长聚合物链，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。

位于科罗拉多州戈尔登市的美国国家可再生能源实验室(NREL)的化学工程师格雷格·贝克汉姆(Gregg Beckham)领导的团队开发了一种两步法，先用化学方法，再用生物学方法将最常见的塑料混合物分解成回收工厂:高密度聚乙烯(HDPE)，一种常用于食品包装的软塑料;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)化学家阎宁(Ning Yan)表示:“以前只有少数研究报告了塑料混合物的化学回收。”阎宁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转化塑料混合物更为罕见。”

两步的过程

研究小组首先使用钴或锰基催化剂进行催化氧化反应，将坚韧的聚合物链分解成含氧的有机酸分子。这个过程的灵感来自于2003年的一项研究3.由特拉华州威尔明顿杜邦化学公司的化学家沃尔特·帕滕海默领导，他用它将单个塑料分解成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这种方法可以利用不同的小有机分子作为碳源。“这是一种非常有趣的生物，”贝克汉姆说。研究小组设计了微生物，使其消耗含氧有机分子，研究人员使用“自氧化”反应从不同的塑料中制造出这些有机分子:聚乙烯中的二羧酸，PET中的对苯二甲酸，聚苯乙烯中的苯甲酸。

这种细菌产生了两种化学成分，分别用于制造高质量性能增强的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(Susannah Scott)说:“生物学可以将多种碳源汇集成单一产品，在这种情况下，一种分子可以用来制造高度可生物降解的聚合物。”

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。“我们从我办公室外的自动售货机购买了牛奶盒中的高密度聚乙烯，以及一次性饮料瓶中的PET。然后是聚苯乙烯或泡沫聚苯乙烯杯，”贝克汉姆说。

温度限制

但是，威斯康星大学麦迪逊分校的化学家、论文合著者香农·斯塔尔说，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，研究小组用于混合的塑料对应着最顽固的反应。斯塔尔说，需要更多的基础化学来研究这种反应是如何发生的，并提高反应的收率。

但他补充说，许多公司已经开始使用自氧化过程，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知识。”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。

Yan说，另一个问题是如何销售细菌产生的较小分子，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，取决于经济竞争力。”