变革性焦耳热塑料解聚技术：塑料回收新突破
变革性焦耳热塑料解聚技术：塑料回收新突破
塑料，作为20世纪初引入的一项革命性科技创新材料，因其成本低、重量轻、耐腐蚀、高性能和适应性强等特点，迅速在全球范围内广泛使用。塑料及其工业制品的广泛使用和不当处理导致了塑料废物在自然环境中的持续积累，对陆地和海洋生态系统造成了严重威胁。
图1 焦耳热塑料解聚技术升级回收废弃塑料示意图
人类至今生产超过90亿吨塑料，其中约2/3成为废弃物并造成“白色污染”，导致了涉及生态、环境、资源等影响社会可持续发展的一系列问题。废弃塑料是放错地方的资源，极具回收利用价值。废弃塑料的高值循环利用与资源化是世界科技前沿的热点和难点。物理回收尽管可以延长塑料的使用寿命，但其回收率低、产品质量下降的问题一直未能解决。化学回收作为一种先进的回收方法，通过将废弃塑料分解为高价值的化学品，展现了巨大的应用潜力。其中，解聚技术通过将聚合物选择性地分解为反应性单体，进而重新用于聚合反应，实现了真正意义上的闭环回收。这种技术不仅能够有效地减少废弃物，还具有显著的经济潜力，尤其是在资源循环利用和可持续发展领域。然而，传统的热化学技术在实际应用中面临复杂的反应过程，缺乏对反应温度和时间以及反应途径的控制，难以实现高效的分解。
电致焦耳加热技术是一种利用电流通过导电材料时产生的热量来加热物体的技术，具有高效、快速、可控等优点。通过对加热时间、频率和脉冲温度的精确控制，可实现毫秒内低温和高温的切换，实现反应过程的精确程序化控制，为塑料回收提供了全新高效的解决方案。
焦耳热塑料解聚通过脉冲电流加热多层多孔反应器的上层碳毡，产生的瞬间热量传导至反应器层和塑料反应物，形成垂直分布的空间温度梯度。塑料在遇到高温时熔化、芯吸、蒸发并反应，产生的挥发性物质通过多孔结构进一步裂解。通过顶部加热层的脉冲电流产生的瞬时高温效应（约600°C，持续0.11秒）有效抑制了副反应，增强了解聚选择性。双层网状结构增加了中间产物的停留时间，经历更多加热脉冲，提高解聚程度和单体产量。
焦耳热塑料解聚技术中的丙烯单体产率高达35.5%，约是传统无催化剂体系的3倍，并且在连续化扩大生产过程中，该方法具有相当的单体产率。此外，该方法对含有各种添加剂的商业塑料热解时取得了与纯聚丙烯热解相当的单体产率，展示了其在塑料回收领域的实际应用潜力。焦耳热塑料解聚新技术简化了工艺流程，降低了运营成本，展现了显著的经济优势。尽管如此，该回收技术目前仍处于初期阶段，面临诸如规模化均匀加热、能耗管理和设备耐久性等挑战。
总结与展望
焦耳热塑料解聚技术通过可编程电流快速在高温和低温之间切换，从而实现对反应路径的精确控制，为塑料回收提供了全新的解决方案。然而，该方法的塑料解聚机理仍然不够明确，在实际应用中也需克服一些挑战，如加热均匀性、能耗管理和设备耐久性等。未来研究应进一步优化工艺，提高系统性能，以实现更高的经济效益和环境效益。总体而言，焦耳热塑料解聚技术有望在塑料回收领域发挥越来越重要的作用，为解决全球塑料污染问题提供强有力的技术支持。
本文原文来自The Innovation Materials