γ射线氧化预处理加速高密度聚乙烯硝酸降解：一种聚烯烃高效回收新策略

针对高密度聚乙烯（HDPE）化学惰性导致的降解难题，中国科学院上海应用物理研究所团队提出γ射线氧化预处理结合硝酸氧化的两步法策略。通过可控辐射在HDPE主链引入羰基活性位点，使后续硝酸降解效率提升至100%（500 kGy预处理），较未处理HDPE（55%）显著提高。该研究为聚烯烃资源化回收提供了绿色高效的新路径。

　　

塑料污染治理面临严峻挑战，全球每年产生近7.5亿吨塑料废弃物，其中聚乙烯（PE）占比最高却难以降解。传统热解法能耗高、产物复杂，而化学氧化法又因PE分子链中C(sp³
)-C(sp³
)键的化学惰性面临转化率低的问题。如何在不引入昂贵催化剂的温和条件下实现PE高效降解，成为资源循环利用领域的关键科学难题。

中国科学院上海应用物理研究所Mouhua Wang团队在《Journal of Hazardous Materials》发表研究，创新性地将核技术应用于塑料回收领域。研究人员采用⁶⁰
Co γ射线对HDPE薄膜进行预氧化处理，通过精确控制吸收剂量（0-1000 kGy）在分子链上引入酮羰基（>C=O）活性位点，随后在180℃、0.15 g/ml硝酸条件下实现完全降解。实验表明，500 kGy预处理的HDPE转化率达100%，是未处理样品的1.8倍，且产物主要为高附加值的二羧酸。

关键技术包括：1）γ射线辐射氧化系统（剂量率1.5 kGy/h）；2）凝胶渗透色谱（GPC）分析分子量变化；3）傅里叶变换红外光谱（FTIR）表征羰基含量；4）高效液相色谱（HPLC）定量降解产物。

【氧化预处理HDPE的γ射线辐照】
通过⁶⁰
Co源辐照在氧环境中引入0.6氧原子/100碳原子（每100 kGy），FTIR显示1715 cm^-1
处酮羰基特征峰强度与剂量呈正相关，GPC证实分子量仅轻微下降（<10%），表明辐射主要引发侧链氧化而非主链断裂。

【硝酸氧化降解效率】
在优化条件下（3 h，180℃），预处理样品降解速率显著提升。HPLC检测到琥珀酸（C₄
）、戊二酸（C₅
）和己二酸（C₆
）等产物，其分布与辐射剂量相关，500 kGy样品羧酸产率较对照提升2.3倍。

【反应机制探讨】
酮羰基的α-H更易被硝酸夺取形成自由基，触发β-断裂（β-scission）使主链解聚。该过程模拟工业己二酸生产中的KA油（环己酮-环己醇混合物）氧化路径，但避免了高温高压的苛刻条件。

该研究开创性地将辐射化学与绿色化工相结合，其环境意义体现在三方面：1）降低硝酸用量30%；2）反应温度较传统热解法降低120℃；3）产物可直接用于聚酯合成。研究团队提出的"预活化-定向氧化"策略为聚烯烃闭环回收提供了普适性方案，相关技术已申请中国国家自然科学基金（12375357）支持。值得注意的是，辐射处理的能耗经济性仍需进一步评估，但该方法在医疗废弃物处理等特殊场景已展现出独特优势。