塑胶的白色污染已成为全球性环境问题,如何减少塑胶使用、处理既有的塑胶制品,这些都是迫在眉睫的挑战,现在新加坡科学家决定将令人爱恨交织的塑胶转换另一种化学物质,在阳光下将之转变成用途多样的甲酸(formic acid)。
塑胶是生活中随处可见的生活用品,但因为使用习惯不佳与回收机制不彰,基本上塑胶也无处不在,就以台湾为例,2019 年荒野保护协会的净滩行动数据指出,海洋废弃物 70% 都是宝特瓶、吸管与塑胶杯等制品,虽然目前已实施限塑政策,但每年产生与丢弃的塑胶废弃物量还是非常可观。
而现在新加坡南洋理工大学(NTU)已提供一个解决方案,透过新型钒光催化剂,可以将塑胶转换成甲酸,其中钒是种生物相容性金属,我们也可以在汽车或是飞将上的钢铝合金发现它们的身影,而现在科学家还知道,钒在聚乙烯等塑胶回收也是颇有用处。
相较于传统的热分解反应,光催化剂较为环保,能用光催化剂来让阳光驱动化学反应,也不需要燃烧化石燃料,且钒的地壳含量多,毒性、成本也都比白金、钯或钌催化剂还要低。
科学家首先将钒催化剂加入塑胶溶液中,把它加热到 85°C 后再暴露于阳光模拟光源系统下,大约 6 天后,就能破换塑胶内的碳-碳化学键,之后就能进一步将塑胶转换成甲酸。团队实验证实,可分解 30 多种化合物的碳-碳键。
甲酸又称蚁酸,是最简单的氢和二氧化碳组合,常用于橡胶、医药、染料、皮革种类工业,而现在甲酸也能用在氢燃料电池中,先前瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)氢气制造机 HYFORM,利用钌催化剂将甲酸液体转换成二氧化碳与氢气,再把生成的氢气运送到燃料电池进行发电;由荷兰恩荷芬理工大学(TU/e)学生成立的新创公司 Team FAST 也打算制造出甲酸燃料公车。
甲酸是良好的氢气载体,1 升甲酸可制造 590 升氢气,研究负责助理 Soo Han Sen 教授表示,团队希望能开发出永续、成本效益高的方式,用阳光来产生可用燃料和化学品,而这种化学处理方法是目前唯一用可见光、不含重金属催化剂的处理塑胶方法。
目前研究已发表在《Science Advances》杂志。
- Sunlight turns plastic waste into key element of hydrogen fuel cells
- NTU Singapore scientists convert plastics into useful chemicals using sunlight
- Visible Light–Driven Cascade Carbon–Carbon Bond Scission for Organic Transformations and Plastics Recycling
(首图来源:新加坡南洋理工大学)
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