【Nat. Commun.】大连化物所陈庆安团队：阳光驱动下废旧PVC助力聚烯烃高效回收-上海善施科技

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全球塑料年产量超3.6亿吨，聚烯烃占比超50%，但其化学稳定、自然降解需数百年，回收利用率极低，易引发白色污染。传统机械回收受限于分拣和性能衰退，化学回收能耗高，导致回收成本高、经济性差。此外，聚氯乙烯PVC回收更是行业痛点：PVC中含有的增塑剂会影响混合塑料的回收性能，且在回收过程中易脱除氯化氢（HCl），造成反应器腐蚀和催化剂中毒，成为制约混合塑料回收的关键瓶颈。如何开发低能耗、高适用性、环境友好的塑料回收技术，同时解决PVC回收难题，成为实现塑料循环经济的核心挑战。

大连化物所陈庆安团队突破传统回收技术的局限，提出“以废治废”的创新思路，构建了“PVC资源化-光热转化-聚烯烃降解”的回收体系（图 1）。通过溴化物催化的氯转移反应，将废旧PVC脱氯转化为含丰富共轭键的黑色粉末（dPVC），该产物具备优异的全光谱光吸收性能，可作为可重复使用的光热剂；在聚焦的太阳光照射下，dPVC能快速将光能转化为热能，为聚烯烃中C-C键的断裂提供能量，从而实现多种聚烯烃的降解回收。该工作发表于 Nature Communications（DOI: 10.1038/s41467-025-68032-5）。

图1：太阳能驱动的塑料回收方案（图片来源：Nat. Commun.）

图2：聚烯烃的高效回收（图片来源：Nat. Commun.）

PVC经氯转移反应后，从白色固体转化为黑色粉末dPVC，收率达 72 wt%（质量分数）（图 2a）。在 dPVC作用下，LDPE（低密度聚乙烯）、HDPE（高密度聚乙烯）、PP（聚丙烯）用聚集的阳光照射 2-3 分钟即可降解为富含端烯的蜡状产物，这些蜡状产物可进一步用于合成表面活性剂等高附加值化学品（图 2b）。PS（聚苯乙烯）、PAMS（苯乙烯 - 丙烯腈 - 甲基丙烯酸甲酯共聚物）、PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）、SAN（苯乙烯 - 丙烯腈共聚物）和 ABS（丙烯腈 - 丁二烯 - 苯乙烯共聚物）均能高效转化为对应单体（图 2c）。值得注意的是，该体系对混合塑料同样有效，混合后的 PS（聚苯乙烯）、PAMS（苯乙烯 - 丙烯腈 - 甲基丙烯酸甲酯共聚物）、PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）降解产物收率与单一塑料相当（图 2d）。

图3：实际废弃塑料的回收应用（图片来源：Nat. Commun.）

为验证技术的实用性，团队以真实废弃塑料为原料进行实验（图3）。PVC手套、PVC管材、PVC桌垫等含大量增塑剂的废弃PVC，经处理后均能成功制备光热剂，用于PS降解时苯乙烯收率达56-61%（图3a）。HDPE塑料桶、LDPE 塑料袋、PP食品保鲜盒、一次性PS塑料杯子、PMMA塑料板等日常废弃塑料，均能高效转化为蜡状产物或对应单体（图3b）。团队还提出了混合塑料回收方案：无需分拣，直接将混合塑料中的PVC转化为光热剂和α-氯代酮，经过滤去除α-氯代酮后，将剩余固体混合物置于聚集的阳光下，最终获得71wt%蜡状产物、42%苯乙烯和58%甲基丙烯酸甲酯（图3c）。此外，该工作还经过了公斤级实验的验证。1.00 kg废弃PS杯子在仅添加0.1 wt% dPVC下，降解获得0.97 kg液体产物，其中苯乙烯回收率达55%，证实了技术的规模化应用潜力（图3d）。

图4：dPVC的光热性能与稳定性（图片来源：Nat. Commun.）

dPVC的优异性能源于其独特的光热转化能力和稳定性（图4）。dPVC在全太阳光谱范围内均有强吸收，可见光区（400-700 nm）吸收率超90%，近红外区也保持良好吸收；回收后的dPVC红外区吸收进一步增强，可能因阳光照射下残留氯进一步脱除，共轭程度提高（图4a）。图4b表明，dPVC在聚焦阳光照射下1分钟内即可将反应体系温度升至470℃，并维持该温度至反应结束，而烧瓶壁温度仅75℃（图 4c），形成的温度梯度有效避免产物进一步降解，提升收率。热重分析表明，回收后的dPVC热稳定性显著提升，680℃时仍保留76%质量，远优于新制dPVC（图 4d）。经10次循环使用后，dPVC仍能保持高效的PS降解活性，苯乙烯收率稳定（图 4e）。

图5：dPVC的结构表征（图片来源：Nat. Commun.）

SEM图像显示，dPVC为不规则颗粒，粗糙的表面使得其能通过多重散射增强光吸收（图5a、b）。EDS表明，新制dPVC中含碳、氯、氧元素，而回收后氯元素几乎完全脱除（图5c、d）。¹³C NMR和FT-IR光谱表明，dPVC中存在大量不饱和键和少量sp³杂化碳（图5e、f），回收后dPVC的不饱和键增加，这进一步增强光热性能。Raman光谱显示dPVC存在D带（1360 cm^-1）和G带（1590 cm^-1），表明其具有类石墨化结构（图5g）

本研究提出了一种“以废治废、太阳能驱动”的塑料回收策略，通过将废旧PVC转化为高效光热剂，实现了多种聚烯烃的快速降解和高值化利用。该技术突破了传统回收技术的高能耗、分拣难、PVC污染等瓶颈，具有较好的经济和应用价值。

论文信息：

Recycling of polyolefins using recycled PVC under sunlight

Heng Liu, Ding-Wei Ji, Su-Yang Xu, Zhi-Hui Wang, Shi-Yu Guo & Qing-An Chen*

Nat. Commun., DOI: 10.1038/s41467-025-68032-5

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