廢棄塑料能“再造兩個大慶油田”？僅憑水和氧氣降解塑料，浙大最新成果登頂刊

塑料垃圾處理有望擺脫焚燒？我國高校團隊，最新研究出了一種僅靠水和氧氣就能降解塑料的技術，還能將這些廢棄塑料“變廢為寶”!

記者從浙江大學獲悉，該校王勇教授團隊聯合英國卡迪夫大學、日本東京大學、浙江工業大學和中國計量大學等國內外科研機構，突破了傳統塑料回收對高溫、高壓和復雜化學試劑的依賴。團隊僅以水和氧氣作為反應介質，便可在溫和條件下將廢舊聚乙烯、聚丙烯乃至廢舊輪胎高效轉化為高附加值有機酸產品。

北京時間7月16日凌晨，這一研究成果在國際頂級學術期刊《自然》發表，為破解全球塑料污染難題提供了新的解決方案。令人意想不到的是，團隊的發現，其實來自一次普通對照實驗中的“意外”。

一次意外的對照實驗，成就重磅發現

全球每年塑料產量已突破4億噸，大量廢棄塑料通過傾倒、焚燒、填埋進入自然環境，滲入海洋與土壤，衍生出微塑料污染等持續性生態危機。目前廢棄塑料的化學高值回收占比僅9%左右，且技術路徑普遍依賴貴金屬催化劑，需在高溫高壓條件下運行，能耗高、成本高、催化劑易失活。

“最初，我們研究塑料降解的思路其實和大多數同行一樣——開發性能更高的催化劑。”王勇回憶。

在一次塑料降解實驗中，團隊博士生高瑞良按照慣例設置了一個未添加任何催化劑的空白對照組。按常理判斷，這組實驗幾乎不可能發生反應。然而，實驗結果卻顯示：化學性質極其穩定的聚乙烯塑料竟然發生了明顯降解。

這一結果令人難以置信。

王勇團隊在實驗室研討。

作為最常見的聚烯烴塑料之一，聚乙烯因其高度穩定的碳鏈結構而被廣泛應用，被視為最難降解的塑料之一。在溫和條件下，沒有催化劑參與幾乎不可能發生有效氧化降解。

“我們最開始認為可能是操作失誤，或者反應器中殘留了微量催化劑。”王勇介紹。為了排除各種可能因素，團隊重新開展實驗驗證：更換全新的反應釜和內襯，采用不同批次的高純試劑和塑料原料，對設備進行徹底清洗，并由不同實驗人員獨立重復實驗。

經過數十次交叉驗證后，塑料降解現象始終穩定重現。至此，團隊不得不接受這一看似不可思議的事實。這一發現徹底打破了團隊原有的研究框架，也讓研究重心從“開發更高效催化劑”轉向“揭示催化劑缺席時塑料為何仍能降解”的全新問題。

“很多重大發現，都隱藏在異常現象之中。如果把它簡單歸結為實驗誤差，往往就會與新的科學規律失之交臂。”王勇表示。

一滴微小的水，如何化腐朽為神奇

經過大量重復實驗和深入機理研究，團隊最終將這一反常現象的根源鎖定在一個此前被忽視的對象——微小液滴界面。

當廢舊塑料與水、氧氣共同加熱時，熔融塑料在攪拌作用下被分散成無數微米尺度的油滴，形成穩定的“水包油”微液滴體系。在這些看似普通的液滴界面上，由于界面分子排列的不對稱性，會自發產生強局域電場。這種特殊的界面環境能夠促進水分子活化，原位生成具有極強氧化能力的羥基自由基（·OH）。

這些羥基自由基猶如一把把精準的“分子剪刀”，能夠逐步切斷聚乙烯、聚丙烯等塑料中穩定的碳—碳長鏈，將原本難以降解的高分子材料定向轉化為短鏈二元酸等高附加值化學品。這些二元酸正是尼龍工程塑料、可降解塑料、香料、醫藥中間體以及功能材料生產過程中不可或缺的基礎原料。

“整個過程不需要添加任何催化劑，僅依靠水和氧氣，在一百多攝氏度的溫和條件下便可實現聚乙烯的完全轉化。”王勇介紹，“更重要的是，反應結束后不會產生任何微塑料殘留，實現了真正意義上的徹底降解與高值利用。”

從塑料垃圾到高值化工原料

擺脫對催化劑的依賴，是這項工作的核心突破之一。

長期以來，塑料的化學回收普遍依賴貴金屬催化劑，不僅成本高昂，而且對原料純度要求苛刻，容易受到添加劑、雜質等因素影響而失活。此次研究發現：催化作用并非一定來自外加的金屬催化劑，而可以來源于微液滴界面本身所構建的特殊反應微環境。

“沒有外加催化劑，并不意味著沒有催化過程。”論文共同通訊作者毛善俊副研究員解釋，“真正發揮催化作用的，是微液滴界面產生的局域電場及其誘導形成的活性氧物種。催化劑從傳統的金屬活性中心轉變成了液滴界面本身。”

PE（聚乙烯）在微滴表面自發氧化為二酸機理示意圖。

這意味著，原本價值低、處理成本高昂的廢棄塑料，有望直接轉化為高附加值的化工原料，實現從環境負擔到資源財富的轉變。

“科學發現最終要解決現實問題。”王勇表示，“如果未來我國能夠有30%的廢棄塑料通過類似方式實現高效循環利用，其資源價值相當于再造兩個大慶油田。”

來自企業的反饋表明，市場迫切需要一種成本低、能耗低、耐雜質能力強的塑料回收技術。目前，團隊已開始向工程化應用邁進，努力推動這一實驗室發現走向實際應用。