研究背景
共同升级混合塑料是回收塑料废料中碳资源并实现循环经济的可行途径。然而，聚氯乙烯（PVC）的存在常常使共同升级过程复杂化，因为PVC释放的氯（Cl）会使催化剂失活并进入最终产品。此外，现有的塑料升级过程通常需要苛刻的反应条件。为了解决这一问题，华东师范大学刘玥教授、张伟教授等人在“Nature Sustainability”期刊上发表了题为“Room-temperature co-upcycling of polyvinyl chloride and polypropylene”的最新论文。本文提出了一种策略，使得在温和条件下高效共同升级PVC和聚丙烯（PP）。研究者使用抗氯离子液体丁基吡啶氯化铝（[C4Py]Cl-AlCl3）来脱氯PVC，并同时将PP-PVC混合物解聚为不含氯的液体烃，同时副产氯化氢（HCl）。这一转化方法在常温下操作，无需外部氢气或贵金属催化剂。无氯液体烃的产率高达进料PP-PVC混合物中C和H的97.4wt%。这项工作可以促进塑料升级的技术发展，改善塑料废物管理的可持续性。
科学亮点
1.实验首次高效共同升级PVC和PP，得到了不含氯的液体烃和氯化氢（HCl）。采用氯化铝离子液体丁基吡啶氯化铝（[C4Py]Cl-AlCl3）作为催化剂，在室温下对PVC和PP的混合物进行共同升级反应。2.实验通过使用耐氯的离子液体[ C4Py]Cl-AlCl3，实现了PVC的脱氯和PP的解聚。反应在常温下进行，无需外部氢气或贵金属催化剂，反应时间为2小时，获得了100%的转化率。3.实验结果显示，共升级过程中生成的液体烃包含35.5wt%的C4–7、36.4wt%的C8–12和28.1wt%的C13+，且氯含量几乎为零。这表明该方法不仅能有效脱氯，而且具有高效的液体烃产物生成能力。4.该研究为塑料废料的可持续管理提供了新的技术路径。通过共同升级PVC和PP，实现了混合塑料废料的高效回收，为塑料回收技术的进一步发展和塑料废物管理的可持续性做出了贡献。
图文解读
图1: PP、PVC 及其混合物在 [C4Py]Cl-AlCl3 中的转化。图6：[C4Py]Cl-AlCl3催化剂的回收测试。
总结展望
氯耐受性[ C4Py Cl-AlCl3离子液体在室温下有效地将混合PVC和聚丙烯（PP）转化为无氯的液态烃和氯化氢（HCl）。该[ C4Py ]Cl-AlCl3离子液体具有双重功能，既能脱氯PVC，又能有效地解聚PVC和PP，生成无氯的液态烃，从混合物中回收高达97.4wt%的C和H。氯迅速从PVC中抽出并转化为HCl。二甲基苯二甲酸酯和异丁基苯二甲酸酯等添加剂不影响反应，并且也能够回收。该催化剂在多个重复循环中表现出稳定性能，PVC-PP转化循环达到三次，PVC-庚烷转化循环达到五次。此外，经过H2处理可以再生失活的催化剂。该催化方法不需要贵金属催化剂或外部氢气源，如H2或有机氢供体。对于大规模应用，需要谨慎设计离子液体的回收、再生和产物分离。本研究提供了一种可持续、经济的化学回收方法，用于含PVC的混合塑料废料。 Gao, Z., Wang, Y., Yuan, L. et al. Room-temperature co-upcycling of polyvinyl chloride and polypropylene. Nat Sustain (2024). https://doi.org/10.1038/s41893-024-01468-7
