华南理工大学瞿金平院士、何光建研究员AFM：激光闪速热解技术突破塑料循环瓶颈，实现废塑料高值化升级利用

随着全球塑料污染问题日益严峻，聚烯烃类塑料（如聚乙烯、聚丙烯）因其难以降解和高使用量，成为环境负担的主要来源。尽管这些废弃塑料理论上可转化为高附加值化学品，但现有回收技术普遍面临效率低、产物混杂、能耗高等瓶颈，尤其当塑料受到污染时，传统机械回收和化学回收手段往往束手无策。因此，开发一种高效、选择性强、适用于污染塑料的升级回收策略，成为全球科研与产业界共同关注的焦点。

华南理工大学瞿金平院士、何光建研究员研究团队提出了一种基于激光闪速热解（LFP）的新型废塑料升级回收方法，成功将废弃聚烯烃高效转化为长链端烯烃（LT-alkenes）和高纯度烯烃单体。该技术利用毫秒级超快加热（约10⁵ °C/s）和骤冷（约6000 °C/s）过程，突破热力学平衡限制，实现主链C–C键的精准断裂，抑制副反应发生。整个过程无需催化剂，产物中长链端烯烃的收率可达约70 wt%，并可进一步用于合成功能性嵌段共聚物，如PE-b-PP和PE-b-PEG，为塑料循环经济提供了全新的技术路径。相关论文以“Laser-Driven Superfast-Heating and Quenching Approach to Selectively Upcycle Waste Polyolefin into Long-Chain Terminal Alkenes and Functionalization”为题，发表在

Advanced Functional Materials

研究团队首先构建了一套激光闪速热解实验系统，采用915nm激光器对高密度聚乙烯（HDPE）与炭黑（CB）复合材料进行非接触式加热。炭黑作为光热转换介质，使材料表面在数毫秒内升温至约1200 °C，诱导聚合物链快速断裂并生成挥发性碎片。这些碎片在脱离激光照射区域后迅速冷却凝结，形成白色粉末状的长链端烯烃产物，而未被气化的杂质（如炭黑）则留在残渣中，实现“自清洁”效果。高速摄影图像清晰记录了整个热解过程，包括热变形、熔融、沸腾、气化与扩散六个阶段，展现了激光热解的超快反应特性。

图1：废塑料升级回收方法对比与激光闪速热解原理图 图中展示了多种塑料升级回收路径，包括传统热解、催化裂解、先进加热技术等。本研究所采用的激光闪速热解（LFP）技术通过超快加热与骤冷，突破热力学平衡限制，实现聚烯烃主链选择性断裂，生成高纯度的长链端烯烃。

图2：激光闪速热解反应系统示意图 该系统由高压氮气入口、激光器、石英管反应器、冷凝过滤装置和气体收集单元组成。激光照射样品表面，诱导聚合物快速热解，产物随载气进入冷凝系统收集。

在产物分析中，研究人员发现固体产物主要为碳数在20至100之间的长链端烯烃，具有球状形貌和高洁净度。通过FTIR和NMR表征，确认产物中终端乙烯基含量显著高于甲基，表明该过程对端烯烃具有高度选择性。同时，气相产物中乙烯和丙烯的体积分数分别约为48%和11%，可直接用于工业聚合。与传统热解技术相比，激光闪速热解不仅产物更纯净、选择性更高，而且能耗显著降低，单位能耗仅为0.0065 kWh/g塑料，比传统热解降低75.4%。

图3：HDPE激光闪速热解过程与产物分析 高速摄影展示了HDPE在激光照射下的热解过程，包括熔融、气化与扩散。温度记录显示激光照射区温度可在10ms内升至1200 °C。产物分析表明，固体产物为长链端烯烃，气体产物富含乙烯和丙烯。

该技术还展现出对污染塑料的强适应性。在实际应用中，研究团队对牛奶瓶、包装袋、酸奶盒等常见塑料制品进行测试，均获得了较高的长链端烯烃收率。尤其值得注意的是，对于含有47 wt%杂质的农业地膜，无需清洗预处理即可直接进行激光热解，仍可获得65 wt%的洁净产物，显著优于传统回收方法。这一“污染不敏感”的特性为处理复杂废塑料提供了切实可行的解决方案。

图4：污染塑料的激光闪速热解应用 不同类型的生活塑料（如牛奶瓶、包装袋、酸奶盒）均可通过LFP技术高效转化为长链端烯烃。即使是对高污染农业地膜，无需清洗也能获得高纯度产物，杂质被有效分离。

在后续应用中，研究人员利用所获得的长链端烯烃，通过硫醇-烯点击反应和环氧化反应，成功引入硫醚、环氧、羧基和羟基等官能团，进一步合成了PE-b-PP嵌段共聚物和PE-b-PEG两亲性共聚物。前者作为相容剂可显著提升PE/PP共混材料的力学性能，后者则可在水中自乳化形成稳定乳液，展现出在涂料、药物递送和自组装材料等领域的广泛应用潜力。

图5：长链端烯烃的功能化与应用 通过点击化学反应和环氧化反应，将长链端烯烃转化为功能性聚合物，如PE-b-PP嵌段共聚物和PE-b-PEG两亲性共聚物，分别用于塑料共混改性及水性乳液制备，展现出广泛的应用前景。

综上所述，激光闪速热解技术以其超快、高效、选择性强和污染适应性高的优势，为废塑料的高值化利用提供了全新思路。该技术不仅突破了传统热解技术的瓶颈，还为构建塑料循环经济体系提供了可扩展、可持续的技术平台。未来，随着激光技术的进一步发展，该方法有望实现工业化应用，推动塑料污染治理与资源再生利用迈向新阶段。

来源：高分子科学前沿

声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！