势在必行！将塑料废弃物转化为碳材料

一、背景

塑料产品因其低成本、出色的机械强度和化学稳定性而成为现代世界多种应用不可或缺的材料。很大一部分塑料仅供一次性使用而被丢弃，导致产生大量塑料垃圾。不可生物降解的塑料垃圾很容易在河流、土壤和海洋生态系统中迁移和积累，造成严重的环境和生态污染。与填埋或焚化等原油处置方法相比，通过将塑料转化为燃料和化学产品，化学品回收被认为是一种潜在的替代品。采用各种化学方法，如热化学技术、微波处理和生物化学方法，将塑料废物转化为有价值的产品，包括气体燃料、固体碳纳米材料和液体燃料。塑料废弃物的回收利用对减少对于自然环境的破坏、提高资源效率和发展循环经济势在必行。因此，废塑料作为碳源通过热解废塑料生产高价值碳材料是实现可持续发展目标和净零排放塑料的有前途的途径。

二、文献分析

1、苏州大学路建美&贺竞辉教授团队: 微波引发的 MAX Ti3AlC2 催化的聚烯烃塑料废料升级回收：选择性转化为用于钠离子电池的氢和碳纳米纤维

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2022.121828

挑战

废聚烯烃占所有塑料废物的一半以上，是一种尚未开发的资源。通过催化有效地将聚烯烃废物升级回收为增值资源在经济和环境上都是可持续的，但由于缺乏高选择性催化剂和升级回收产品的可行利用，因此相当具有挑战性。

方法

苏州大学化学、化工与材料科学学院路建美&贺竞辉教授团队使用导电陶瓷MAX相Ti3AlC2 作为微波感受器，启动聚烯烃塑料废料的催化升级循环转化为高纯度氢气和用于固态离子电池的增值石墨碳纳米纤维。

创新点

亮点1：生产的 TiC、TiAl和碳材料协同催化后期塑料升级回收反应，并在固体离子电池中提供强大的性能。

亮点2：更重要的是，获得了高石墨化度的碳纳米纤维，使其在钠离子电池中作为负极材料具有良好的倍率性能和稳定的循环性能（2000次循环）应用。

2、印度理工学院Ligy Philip教授团队: 使用塑料废料衍生的碳对多组分混合物中阳离子和阴离子染料同时降解的碳催化过硫酸盐处理的机理洞察

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.128956

挑战

许多处理技术已经探索了将废物升级回收为增值产品以用于废水减排。一次性塑料对环境和经济造成重大不利影响，已被选择并转化为石墨碳，以可持续和经济地减少废物负担。

方法

印度理工学院马德拉斯分校土木工程系Ligy Philip教授团队通过热化学热解法从一次性塑料废料中成功合成塑料废碳 (PWC)，它是一种新型低成本、不含金属的碳质催化剂。

创新点

亮点1：实验研究表明，合成塑料废料衍生碳（PWC）的吸附潜力很差，但其激活 PMS 的催化性能却显得非常突出。

亮点2：合成塑料废料衍生碳（PWC）的功能促进了更好的电子转移到 PMS 以使其有效激活，从而导致 SO4 •- 和 OH• 的产生。

3、同济大学章骅教授团队: 回收废弃聚氯乙烯在封闭式反应器中通过热解对有价值的碳材料和管道质量合成气进行一锅合成

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.128210

挑战

聚氯乙烯 (PVC) 是最常用的塑料之一。由于 PVC 不可生物降解、热稳定性差、Cl含量高和产品价值低，其处理和回收利用仍然具有挑战性。

方法

同济大学环境科学与工程学院章骅教授团队使用一锅法将 PVC 升级为有价值的碳材料、管道质量的热解气体和氯化物。

创新点

亮点1：当分别添加 ZnO 和 KOH 时，可获得具有 1922 m2 g-1 高比表面积的单分散性毫米级碳球和多孔碳。

亮点2：自体高压改变了单锅反应的平衡位置，促进了碳生成和CH4。所产生的脱氯聚乙烯被碳化，具有80.80 wt %的高固体产率。

4、贝尔法斯特女王大学吴春飞团队: 由废塑料制备的碳纳米管在相变材料中的应用：电池热管理的潜力

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.wasman.2022.10.003

挑战

碳纳米管 (CNT) 已被证明是一种很有前途的高价值产品，来自废塑料的热化学转化，确保新的应用是从废塑料回收大规模生产 CNT 的重要先决条件，仍然具有挑战性。

方法

贝尔法斯特女王大学化学与化学工程学院吴春飞团队通过化学气相沉积 (pCNT) 从废塑料生产的 CNT 被用作相变材料 (PCM) 中的纳米填料，提供 pCNT-PCM 复合材料。

创新点

亮点1：与纯 PCM 相比，添加 5.0 wt% pCNT 后熔化峰温升高 1.3 ℃，潜热保留率提高 90.7%，导热系数提高 104%。

亮点2：所制备的 pCNT-PCM 复合材料被认为具有与cCNT 相似的潜力，并且作为电池热管理系统的可流动导电填料表现出突出的性能。

5、东南大学梁财教授团队: 用于从塑料废物的微波等离子体引发的分解中生产 H2 和碳纳米管的 Fe-Ni 合金催化剂的原位脱溶

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.130609

挑战

由于一次性塑料产品的过度消费，塑料废物的管理已成为一个紧迫的问题。作为塑料废物增值的有希望的途径，通过将塑料转化为增值产品的化学回收引起了极大的关注。

方法

东南大学能源与环境学院梁财教授团队通过原位脱溶的 Fe-Ni 合金催化剂被用于直接微波等离子体引发的塑料废物分解，以获得高产率的 H2 和碳纳米管。

创新点

亮点1：脱溶的 Fe-Ni 合金催化剂表现出最高的催化活性，塑料废物中 96% 的氢气以气体产物的形式迅速析出，并伴有高纯度碳纳米管。

亮点2：H2产率为 415 mmol·g-1Hplastic，与负载型催化剂相比提高了 2 倍以上。