综述：海洋宏塑料与微塑料的机械回收及升级循环：技术、挑战与未来方向

这篇综述系统探讨了海洋塑料污染治理的机械回收（mechanical recycling）与升级循环（upcycling）技术，聚焦宏塑料（>0.5 cm）和微塑料（<0.5 cm）的收集、清洁、分离及熔融加工流程，提出整合政策框架与技术路径的解决方案，为全球海洋塑料可持续管理提供科学参考。

　　

1 引言

海洋覆盖地球71%表面积，成为全球最大的塑料垃圾库。每年约480-1270万吨塑料通过河流和渔业活动进入海洋，其中聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）和聚苯乙烯（PS）占比最高。这些塑料在紫外线（UV）和机械作用下降解为微塑料，释放双酚A（BPA）等有毒添加剂，通过食物链威胁人类健康。据估算，海洋塑料每年造成全球经济损失高达500-2500亿美元，亟需系统性解决方案。

1.1 海洋塑料来源

陆地排放占海洋塑料的80%，东南亚河流是主要输入通道。长江和恒河年排放量分别达33万吨和12万吨。渔业废弃渔具占秘鲁专属经济区塑料排放的56-96%。微塑料则通过污水处理厂排放、塑料磨损等途径进入海洋，粒径可小至0.1μm。

1.2 回收挑战

海洋塑料回收面临三重障碍：1）收集困难，缺乏规模化系统；2）盐分、藻类等污染物增加清洁成本；3）UV降解导致聚合物分子量下降，羧基生成，机械性能劣化。例如，PP经6.5个月海洋暴露后出现可见裂纹，弹性显著降低。

2 机械回收技术

2.1 收集技术

预防技术如"垃圾轮先生"（Mr. Trash Wheel）拦截河流塑料，清理技术如"海洋清理"项目（The Ocean Cleanup）用U型浮网收集远洋塑料。微塑料收集依赖静电过滤等实验室技术，成本高达311.36元/吨。

2.2 清洁工艺

干法清洁通过气固摩擦去除90%污染物，比传统湿法节水88%。密度分离可有效清除贝壳等杂质，但残留锰氯化物（MnCl₂）需额外废水处理。

2.3 分离方法

• 磁选：磁悬浮分离密度0.98-1.35 g/cm³的PE，回收率>95%

• 水力旋流器：优化后处理能力提升22%，能耗降低33%

• 泡沫浮选：二氧化氯表面处理使聚碳酸酯（PC）纯度达99%

• 静电分离：KWS系统对>2 mm塑料回收率近100%

3 热机械回收

再生塑料因污染物受限，美国FDA对食品接触材料实施个案评估。熔融加工需确保性能损失<10%，目前仅20%再生海洋塑料用于高值产品如阿迪达斯跑鞋。

4 升级循环路径

4.1 机械升级

微软海洋塑料鼠标含20%再生渔网，LCA显示其全球变暖潜力比原生塑料低52%。3D打印再生尼龙渔网产品环境效益优于生物基塑料。

4.2 化学/生物转化

• FAST-PETase酶1周降解51种PET制品

• Fe/Al₂O₃催化热解将PP转化为航空燃油

• 微波等离子体直接将PE微塑料转化为石墨烯

5 政策与技术协同

欧盟《海洋战略框架指令》建立废物层级制度（预防>回用>回收），中国2025年禁塑令推动源头减量。建议：1）扩大生产者责任；2）补贴回收技术研发；3）建立全球微塑料数据库（如NOAA）。

6 未来方向

开发被动式收集系统降低运营成本，优先控制微塑料源头。需突破混合污染物处理瓶颈，提升化学回收能源效率至商业化水平。

7 结论

当前技术仍以实验室规模为主，亟需标准化监测体系和国际协作。机械回收宏塑料可阻断其微塑料化，而微塑料治理需依赖源头控制与政策激励双轨并行。