大连化物所陈庆安研究员《自然·通讯》：废弃PVC“变身”光热剂助力聚烯烃高效解聚

在全球塑料产量持续增长、年产量超3.6亿吨的背景下，聚烯烃类塑料如聚乙烯、聚丙烯等占据过半产能，但其回收率却一直低迷。绝大多数废弃塑料最终被填埋、焚烧或不当处理，导致严重的环境污染。由于聚烯烃化学性质稳定，自然降解需数百年，而现有化学回收方法往往依赖高能量输入，经济性差。尤其聚氯乙烯（PVC）在回收过程中易释放腐蚀性氯化氢，进一步增加处理难度。因此，开发一种低能耗、高效率、能兼容混合塑料的回收技术迫在眉睫。

近日，中科院大连化学物理研究所陈庆安研究员课题组将废弃PVC转化为光热剂，在阳光下驱动多种聚烯烃塑料的解聚回收。该方法不仅实现了PVC中氯的资源化利用，还能在常压空气中利用太阳能，将低密度聚乙烯、高密度聚乙烯和聚丙烯转化为富含末端烯烃的蜡状产物，并将聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等塑料回收为对应的单体。这一技术为混合消费后塑料的绿色循环提供了一种具有广阔应用前景的解决方案。相关论文以“Recycling of polyolefins using recycled PVC under sunlight”为题，发表在

Nature Communications

研究团队首先通过溴丙烷催化的氯转移反应对PVC进行脱氯处理，使其从白色固体转变为不溶性黑色聚合物dPVC，产率达72%。dPVC具有粗糙的表面微观结构和丰富的共轭双键，表现出优异的光热转换能力。在实验中，将聚烯烃与10 wt%的dPVC混合置于石英坩埚中，使用凹面镜聚焦太阳光照射，仅需2-3分钟即可完成反应。低密度聚乙烯、高密度聚乙烯和聚丙烯分别以86%、88%和76%的收率转化为蜡状产物，其主要成分为末端烯烃。核磁共振与质谱分析表明产物以烯烃为主，并伴有少量烷烃、醛类及芳烃。

图1 | 塑料垃圾问题与解决方案示意图。 a. 当前塑料废弃物的主要处置方式（填埋、焚烧、不当管理）及其环境影响。 b. 聚烯烃中C-C键的高键能导致化学回收需要较高能量输入。 c. PVC回收的挑战：增塑剂影响、HCl释放，以及脱氯后碳链未充分利用。 d. 本工作提出的策略：利用废PVC作为光热剂，在阳光下回收聚烯烃。

研究进一步证明，该体系同样适用于聚苯乙烯（PS）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）等塑料的单体回收。在添加抗氧剂BHT的条件下，PS、PMMA等均能高效解聚为对应单体，收率最高可达68%。更重要的是，对于SAN、ABS等共聚物以及多种塑料的混合物，dPVC也能实现无干扰的选择性解聚，单体收率与单一塑料相当，这为无需严格分拣的混合塑料回收提供了可能。

图2 | 阳光下聚烯烃的回收。 a. 光热剂dPVC的合成条件。 b. PP和PE的降解条件与蜡产物的收率。 c. 各种聚烯烃解聚为其单体的条件与收率。 d. 混合聚烯烃的解聚条件与单体收率。所有反应在空气气氛中进行，使用直径30 cm的凹面镜聚焦阳光。误差棒代表3次平行实验收率的标准偏差。

在实际应用验证中，来自PVC手套、管材、地垫等废塑料制成的dPVC均能有效驱动PS解聚，苯乙烯收率在56%-61%之间。使用废弃PVC手套制备的dPVC，更成功将HDPE桶、LDPE袋、PP餐盒、PS杯、PMMA板等日常塑料物品转化为相应产物，收率良好。针对难以分离的混合废塑料，团队提出一体化回收方案：在氯转移反应后，直接对dPVC与未反应聚烯烃的混合物进行光照处理，最终获得蜡、苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯。为展示规模化潜力，团队还进行了公斤级PS解聚实验，仅使用0.1 wt%的dPVC，成功将1公斤PS杯转化为0.97公斤液体产物，其中苯乙烯含量达57%。

图3 | 阳光下实际生活塑料废弃物的回收。 a. PVC废料的综合价值化：从不同PVC制品合成光热剂并用于PS解聚的苯乙烯收率。 b. 消费后塑料废弃物（HDPE桶、LDPE袋、PP餐盒、PS杯、PMMA板）的解聚结果。 c. 混合消费后塑料废弃物的一体化回收流程与产物收率。 d. 公斤级PS杯的降解实验示意与产物组成。

表征分析显示，dPVC在全光谱范围内均有良好光吸收，尤其在可见光区吸收率超90%。在聚焦阳光下，dPVC能使反应体系温度迅速升至470°C并维持，而反应器壁温度仅75°C，形成的温差梯度有利于产物冷凝收集。热重分析表明，使用后的dPVC热稳定性反而增强。扫描电镜显示其呈不规则颗粒状，表面粗糙有利于光散射吸收；元素分布谱图证实反应后残余氯几乎被完全消除。光谱学分析进一步揭示，使用后dPVC中C=C键信号增强，C-Cl键消失，表明结构趋于更稳定的共轭状态。值得一提的是，dPVC在连续重复使用10次后仍保持高效解聚能力，且不具备光催化活性，其主要作用为光热转换。

图4 | dPVC的光热效应与稳定性。 a. dPVC的紫外-可见-近红外吸收光谱。 b. PS解聚过程中的温度变化曲线。 c. 反应器的红外热成像图，显示坩埚与瓶壁的温差。 d. dPVC的热重分析曲线。 e. dPVC重复使用10次进行PS解聚的苯乙烯收率。误差棒代表3次平行实验收率的标准偏差。

图5 | dPVC的表征。 a. dPVC的SEM图像。 b. 回收后dPVC的SEM图像。 c. dPVC的SEM图像及对应的X射线能谱元素分布图（C, Cl, O）。 d. 回收后dPVC的SEM图像及对应的元素分布图（C, O）。 e. dPVC的13C CP/MAS NMR谱图。 f. dPVC与回收后dPVC的FT-IR光谱。 g. dPVC与回收后dPVC的拉曼光谱，显示D带与G带。

该研究成功将废弃物PVC转化为高效、稳定、可重复使用的光热剂，利用太阳能实现了多种聚烯烃塑料的快速化学回收。方法无需昂贵催化剂或外部燃料，在常压空气中即可进行，且适用于真实混合废塑料乃至公斤级规模处理，展现出显著的实用性与经济性潜力。这项工作不仅为PVC和聚烯烃的协同资源化提供了新思路，也为利用可再生能源推动塑料循环经济发展、降低温室气体排放开辟了绿色路径。