在阳光照射下，堆积的废弃塑料或可摇身一变成为“氢气工厂”，持续分解塑料并产生氢气。近期，韩国首尔大学研究团队研发出一种从塑料废弃物中持续生产氢气的方法。它通过一种新型的结构反应器，利用纳米复合材料包裹光催化剂，显著提升催化活性和稳定性，从而达到持续降解的目的。
“传统的塑料降解回收需要300摄氏度以上高温高压环境，能耗高、碳排放严重。光催化降解塑料的优势在于，仅需自然光照即可稳定运行，无需额外能量输入。全球多地的广袤荒漠光照充足、气温高，若能应用这一技术将废塑料转化为清洁氢气，将为氢能源产业发展注入新的动力。”该研究通讯作者、首尔大学化学与生物工程学院教授金大亨在接受本报记者采访时表示。
塑料的化学性质稳定，这也导致其自然降解缓慢。作为化学反应的“加速器”，催化剂可加速塑料降解，使其分解为可回收利用的基础化学物质。其中，光催化降解产氢技术是利用太阳光驱动化学反应。具体来讲，先用强碱性溶液浸泡聚酯（PET）塑料，使其分子链中的酯键断裂，解聚成含有对苯二甲酸盐和乙二醇的塑料溶液。然后，将半导体光催化剂混合在溶液中，在太阳光照射下，光催化剂吸收能量，驱动塑料解聚产物与水发生重整反应，对苯二甲酸、乙二醇和水分子中的氢转化为氢气，碳成分则被氧化为二氧化碳。不过，碱性溶液对催化剂有腐蚀作用，会降低催化剂寿命、影响催化产氢效率，导致这一技术难以大规模应用，成为业内所面临的难题之一。
此次韩国技术团队创新性地设计出一种结构反应器，使用纳米复合材料包裹光催化剂。这一材料具有较好的疏水性，就像给催化剂穿上了“防护服”，避免了催化剂直接与碱性溶液接触，使其不会被腐蚀。同时，穿上“防护服”的催化剂可以像荷叶一样漂浮在溶液表面，碱性溶液中分解产生的小分子会扩散至结构反应器中，在太阳光照射下，被保护良好的催化媒介会将塑料重整为氢气。这一创新设计使得产氢效率较此前同类光催化系统提升约3—5倍，实验中最高每平方米每日可产生0.906升氢气，并可稳定工作60天以上。金大亨表示：“这种结构设计有效规避了催化剂浸出、气体分离效率低下及逆反应等常见问题，提高了催化剂活性和稳定性，可将PET等塑料转化为乙二醇和对苯二甲酸等高价值化学品，并产生清洁氢气。”
中国科学院理化技术研究所研究员马望京对本报记者表示：“光催化技术以太阳能为驱动力，具有反应条件温和、适用场景灵活等优势，尤其适合户外大规模塑料垃圾的分布式处理。此次韩国技术团队突破了传统光催化技术面临的稳定性差、产氢速率低、系统能耗高等技术瓶颈，未来如实现规模化应用，有望为全球塑料污染治理和绿氢生产提供新范式。”
不过，目前该技术主要用于分解PET塑料，实验中对聚乳酸（PLA）塑料也具有较好的分解效果，但尚无法分解聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）等全球使用量较大的塑料。金大亨表示，未来亟须进一步开发可有效分解PE和PP塑料的高性能催化剂，使更多塑料在低碳低温条件下实现高效分解。
马望京介绍，当前塑料催化分解技术多局限于处理单一类型废塑料，对于现实中废塑料种类混杂、较难有效分离的问题还无法很好解决。因而，未来的研究重点和难点不仅要提高催化反应效率、降低反应能耗、增强技术经济性，还需提升对混杂塑料的综合处理能力。
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