废聚对苯二甲酸乙二醇酯塑料电化学升级回收为可生物降解聚乙醇酸塑料的规模化策略

为解决塑料污染难题，研究人员开发了Pd-CoCr2O4催化剂驱动的界面酸碱微环境调控策略，将废PET高效转化为可降解聚乙醇酸(PGA)，电流密度达290 mA cm-2，GA选择性93%，成本降至1363美元/吨，为塑料循环经济提供绿色解决方案。

　　

每年全球产生数亿吨塑料垃圾，其中聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)因其耐久性可在环境中存留数百年，对生态和健康构成严重威胁。虽然可生物降解塑料如聚乙醇酸(PGA)能通过微生物分解为CO₂和H₂O，但传统GA单体生产依赖剧毒氯乙酸(CA)水解，能耗高且污染大。如何将废PET绿色转化为高值PGA，成为破解塑料污染与生物材料需求矛盾的关键。

中国科学院团队提出革命性解决方案：通过电化学氧化将PET衍生的乙二醇(EG)转化为GA，再聚合为PGA。研究核心在于设计Pd-CoCr₂O₄催化剂，其中Pd作为活性位点，Cr³⁺作为硬路易斯酸加速OH^-向电极界面扩散，Co则促进*OH活性物种生成。这种协同作用在1.25V低电压下实现290 mA cm^-2的高电流密度，比现有技术提升2倍以上。

关键技术包括：1）溶剂热法制备CoCr₂O₄纳米片负载Pd催化剂；2）流动电解槽系统优化；3）无需中和的GA绿色纯化工艺；4）20公斤级PET中试试验。通过X射线衍射(XRD)、原位傅里叶变换红外光谱(FTIR)等技术证实催化剂稳定性超过300小时。

催化剂表征：XPS显示Pd向CoCr₂O₄转移0.68个电子，增强OH^-吸附能力。NH₃-TPD证明Cr³⁺位点的强路易斯酸性，使OH^-扩散系数达10.05 × 10^-6 cm² s^-1。

电化学性能：在5M NaOH中，Pd-CoCr₂O₄起始电位仅0.56V，GA选择性94.6%。流动堆栈电解槽（324 cm²×5）实现0.32 kg/h产率，93%选择性。

分离工艺：采用丙酮/乙酸乙酯低温结晶法获得纯度>99%的GA，NaOH回收率99%。最终PGA分子量达131198 g/mol，结晶度82.2%，降解28天失重74.3%，性能媲美商业产品。

技术经济分析：PGA平准化成本1240美元/吨，接近聚烯烃塑料(1000美元/吨)。与传统CA法相比，CO₂排放降低84%，能源效率提升87%。

该研究首次实现废PET到PGA的规模化升级回收，通过界面微环境调控突破电流密度瓶颈，开发的低成本纯化工艺具有工业化潜力。这不仅为塑料污染治理提供闭环解决方案，更推动生物可降解材料进入主流消费市场，对实现碳中和目标具有战略意义。