中國“強制使用再生塑料”時代第1展

2025年9月2日·浙江寧波，點擊上圖報名ChinaReplas大會

摘要：聚乳酸（PLA）塑料的高效回收受到諸如產品與雜質和添加劑的分離以及PLA在環境溫度下緩慢水解等挑戰的阻礙。在這項研究中，引入了一種結合光驅動光熱解聚和重整的集成方法來克服這些限制。利用這種方法，商業PLA顆粒幾乎完全轉化為易于分離的H2（20.7 mmol/gsub），CO（6.9 mmol/gsub）和CH4（8.2 mmol/gsub），與CO2（14.5 mmol/gsub）作為主要成分，受控實驗表明，脫羧和光重整反應將是H2和這種氣態C1的主要過程此外，光熱回收系統對現實生活中的PLA餐具和吸管表現出優異的性能，突出了其廣泛的適用性和實用潛力，這項工作為回收現實生活中的PLA塑料提供了一種可持續和高效的解決方案，以獲得高需求且易于分離的H2和氣態C1產品。

研究背景

環保材料聚乳酸（PLA）廣泛應用于一次性餐具、包裝、3D打印等領域。它的最大賣點是“可降解”，但現實并不那么美好：

• 在理想堆肥條件下，完全降解需要3到6個月；

• 在土壤中要幾十年，在海水中幾乎降解不了；

• 降解后只是變成二氧化碳和水，本質上等同于焚燒，造成碳資源浪費。

換句話說，PLA雖然比傳統塑料環保一點，但還遠遠談不上“完美解決方案”。如何既能環保又能“把塑料的碳用起來”，成為業界關注的焦點。

研究方法

解決方案：光+熱雙驅動，PLA變身氫能資源

本研究團隊提出了一種光熱協同回收技術，用一句話總結就是：

曬一曬PLA塑料，直接變成氫氣、甲烷等高價值氣體。

具體操作如下：

1. 催化劑選擇：使用負載鉑的二氧化鈦（Pt/TiO?）；

2. 能量來源：主要依靠模擬陽光（氙燈）照射帶來的光熱；

3. 反應條件：將PLA粉末在200°C條件下反應4小時；

4. 產物回收：氣體產物直接收集，無需復雜分離工藝。

1. 催化劑制備：用還原法合成Pt/TiO?，鉑顆粒均勻分布，粒徑約5.5 nm，增強光吸收與熱導率。

2. 模擬光源：使用氙燈照射樣品，光強可調，最高溫升至242°C。

3. 反應器設計：自制密閉反應器，控制水蒸氣環境，模擬實際“蒸汽+太陽”場景。

4. 測試材料：商用PLA顆粒、PLA吸管和PLA餐具粉碎物。

研究結果關鍵結果與發現：氫氣產率達20.7 mmol/g，氣體產物全可用！

1. PLA轉化率：在200°C溫度下，PLA幾乎100%分解；

2. 產氣分布（每克PLA）：

• 氫氣：20.7 mmol

• 一氧化碳：6.9 mmol

• 甲烷：8.2 mmol

• 二氧化碳：14.5 mmol

氣體純凈易分離：幾乎無液體副產物，避免了雜質帶來的分離成本；

適應性強：即使是含有添加劑的“真實垃圾”——吸管和餐具，也能高效產氣；

反應機制清晰：

• PLA首先被水解成乳酸；

• 乳酸脫羧生成乙醛與乙酸；

• 最終在催化劑作用下生成氫氣、CO和CH?。

圖文解析

圖1.（a，B）Pt/TiO2的HAADF-STEM圖像和相應的Ti，O和Pt元素映射；（c）Pt/TiO2的TEM和（d）HRTEM圖像，直方圖是Pt/TiO2上Pt納米顆粒的相應粒度分布

圖2.（a）在各種光強度（0.97、1.32和1.71 W/cm2）的白熾燈照射下，TiO2和Pt/TiO2的時間依賴性溫度曲線；（b）在紫外-可見（UV-Vis）光照射和各種反應溫度（160，180，200和220度）；（c）各種負載Pt的光催化劑的XRD圖案；（d）在反應4小時后，在UV-Vis光照射下，在200 ℃下，商業PLA顆粒在各種負載Pt的光催化劑上的光熱重整性能

圖3.(a)在200 °C下反應2、4和10小時后，在UV-Vis光照射下，商業PLA顆粒在Pt/TiO2上的光熱重整性能；（b）在200 ℃下，在UV-Vis光照射下，反應4小時后，在Pt/TiO2上，在沒有PLA的情況下或在加入商業PLA顆粒、LA和預處理的PLA的情況下的光熱重整性能；（c）在Pt/TiO 2上，在白熾燈照射下PLA的集成光熱解聚和重整的示意圖

圖4.(a)Pt/TiO2催化劑上PLA顆粒的光熱轉化性能；（b）在200°C下反應4小時后的商業PLA顆粒的光熱重整性能，所述商業PLA顆粒沒有任何催化劑或具有裸TiO2或Pt/TiO2，上圖中的誤差條表示來自三個獨立實驗的標準偏差；（c）Pt刺激的重整的建議反應機理；（d）TiO2和Pt/TiO2樣品的瞬態SPV光譜

圖5.(a)真實PLA塑料（即PLA餐具和吸管）及其相應粉末的數碼照片；(b)在200 °C下反應4 h后，在UV-Vis光照射下，真實世界PLA塑料在Pt/TiO 2上的光熱重整性能；(c)H2和氣態C1產物的氣相色譜的相應熱導檢測器（TCD）信號

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總結

這項研究最大突破在于將塑料回收過程“氣體化”與“陽光化”。過去PET回收更偏向機械粉碎和再造?；蚧瘜W溶解再聚合，這兩種方式都存在高能耗或產品質量下降問題。而該研究提出的新方向——光熱聯合+氣體產物輸出，不僅免去了高純回收的需求，還能讓塑料變成能源載體，尤其是氫氣這種“碳中和主角”。對PET行業而言，這種方法提供了一種不同維度的回收價值變現模型：不是為了再造塑料，而是變廢為寶造能源。當然，要真正落地，還有反應設備規?；?、催化劑成本控制等現實挑戰，但其理念值得PET循環技術體系重點關注和延伸。

（文章來源：Science China Chemistry，點擊閱讀原文可查看原始文獻）

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Chem-Replas2025第三屆廢塑料化學循環論壇（熱裂解方向、溶解、非PET解聚）

主題：成熟的技術與成功的項目

2025年9月3-5日·浙江寧波

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