中科院理化所&清华大学Nat.Commun.：微波驱动催化废塑料回收增值利用

在生产的92亿吨塑料中，有70亿吨成为废弃物，而传统的催化塑料回收方法因性能下降和能耗高而显得脆弱。但是，现有方法存在高能耗、贵金属参与、高压和低催化剂稳定性等问题，特别是目前无法实现高杂质含量的填埋混杂废塑料的直接升级回收。中国科学院理化技术研究所副研究员马望京团队联合英国牛津大学研究员肖天存、清华大学教授唐军旺等人通过催化剂设计、微波能量利用及反应机制的创新，解决了塑料回收中能耗高、产物附加值低、杂质耐受性差等关键问题，为混合塑料废弃物的高效资源化提供了突破性方案。研究成果以Highly selective upcycling of plastic mixture waste by microwave-assisted catalysis over Zn/b-ZnO为题发表于Nat.Commun.。

这篇论文的主要创新点如下：

1. 新型Zn/b-ZnO双功能催化剂的设计：通过原位微波辐照构建Zn/b-ZnO混合催化剂，其中Zn团簇（0.7–1.1 nm）与缺陷丰富的b-ZnO基底协同作用，高效促进C-C键断裂。b-ZnO兼具微波吸收剂和催化基底功能，显著提升能量转化效率。

2. 微波辅助催化系统的高效性与节能性：在常压、无氢气条件下实现塑料高效转化（反应温度280°C，时间30分钟），突破传统方法对高温（700–1300 K）和高压（8–50 bar H₂）的依赖。微波选择性加热生成局部热点，相比传统热催化，能耗降低8倍（0.3 KWh vs. 2.4 KWh）。

3. 高选择性与高产率的塑料升级回收：将混合塑料废弃物（含10%杂质）近乎完全转化为高附加值产物，其中：

润滑基础油前体：占油产物的60–85%（碳数C₁₆–C₄₀，线性烷烃为主），可直接用于润滑油生产。

烯烃单体（C₂–C₄）：选择性达60–80%，纯度显著高于传统方法（如丙烯/丙烷比例达21:1）。

高周转数（TON）：250 g塑料/g催化剂，远超贵金属催化剂（如Pt、Ru基催化剂）。

4. 催化剂的长期稳定性与抗污染能力：催化剂在50次循环后仍保持稳定，油产率维持在70–84 wt%。可直接处理垃圾填埋场挖掘的塑料（含6.4–10 wt%杂质），无需预处理。

图1：连续的微波催化LDPE（从垃圾填埋场挖出）解聚循环

图2：微波催化聚丙烯和混合塑料（从垃圾填埋场挖出）的分解。

图3：微波催化升级的结果和过程能效

图4：不同循环塑料解聚后所用b-ZnO催化剂的表征。

论文地址:https://www.nature.com/articles/s41467-024-55584-1