塑料是现代社会必不可少的材料。它们是可调节的，坚固的，多功能的，持久的，合理的价格。高密度聚乙烯(HDPE)广泛用于包装和容器等一次性应用。它通常被标记为三角形回收符号内的数字2。
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然而，制造HDPE的方法和目前回收HDPE的方法危害人类健康和地球健康。许多HDPE产品是由化石燃料(天然气、原油或煤)生产的，具有巨大的碳足迹。废弃的HDPE没有被再利用或回收，而是被焚烧，倾倒在垃圾填埋场，或者乱扔环境。在回收过程中，材料的质量也会下降。
美国能源部塑料合作升级回收研究所(iCOUP)的研究人员发明了一种回收HDPE的方法。来自美国能源部的iCOUP科学家阿贡国家实验室康奈尔大学使用了一种新的催化方法，将废旧HDPE塑料转化为一种新材料，这种材料可以重复回收而不会降低质量。
塑料将永远与我们同在。它们提供了其他材料无法提供的功能。我们需要找到通过提高可回收性来减少塑料使用的有害影响的方法。
Massimiliano Delferro，阿贡国家实验室的科学家
该团队开发的新策略将使用过的HDPE转化为完全可回收且可能可生物降解的材料，具有与开始的一次性塑料相同的机械和热性能。这样的方法，如果被广泛接受，最终将有助于减少与HDPE相关的碳排放和污染。
我们正在用废塑料代替化石燃料。我们使用的不是钻探石油和污染环境，而是那些本来会被焚烧或留在垃圾填埋场的东西。
杰弗里·科茨，康奈尔大学科学家
HDPE和其他塑料一样，是由被称为聚合物链的长原子链组成的。该小组的新方法是使用一系列催化剂(或加速化学反应的化学物质)将HDPE聚合物链分解成更短的片段，在末端有活性基团的原子。
然后，这些碎片可以重新组装或重新聚合，以制造新的塑料产品。活性端基也使新塑料更容易在实验室中分解，也可能在自然界中分解。
第一轮催化是由阿贡团队对使用过的HDPE产品，如水壶和包装进行的。催化剂随机选择聚合物链上的哪一点发生变化，使其发生反应。研究人员将催化剂留在HDPE上的时间越长，激活的链就越多。
康奈尔大学的研究小组随后将这些活化的聚合物链展示给另一种催化剂。在这一点上，催化剂打破链和修改末端允许重新组装。
最大的挑战是在新材料中复制HDPE相同的材料特性，如强度和柔韧性与脆性。当催化剂分解HDPE时，重要的是有足够长的聚合物链像线一样连接在一起，使材料更耐久。
当康奈尔小组最初重新聚合催化材料时，它比开始的HDPE脆得多。然后对催化剂进行微调，使其以一种允许在材料重新聚合时产生可测量的分支的方式分解聚合物链。由于这种分支，链可以在末端基团上形成，从而显著增加了最终材料中链的长度。这种方法使材料具有与最初的HDPE几乎相同的性能，并提高了可回收性。
未来的研究将集中在评估新材料的生物降解性和减少催化剂中有价金属的用量，以降低总回收成本。该组织希望将其战略扩展到其他普通塑料。
这项研究发表在美国化学学会杂志。
其他贡献者包括来自阿贡国家实验室的Alejandra Arroyave和来自康奈尔大学的Shilin Cui、Andrew Kocen、Anne LaPointe和jacqueline Lopez。
这项研究是iCOUP的一部分，iCOUP是一个能源前沿研究中心，由美国能源部科学办公室、阿贡基础能源科学和艾姆斯实验室资助。
期刊引用:
Arroyave, A。,等。(2023)消费后聚乙烯的催化化学回收。美国化学学会杂志。doi.org/10.1021/jacs.2c11949。
来源:https://www.anl.gov