隨著全球塑料污染問題日益嚴峻，聚烯烴類塑料（如聚乙烯、聚丙烯）因其難以降解和高使用量，成為環(huán)境負擔(dān)的主要來源。盡管這些廢棄塑料理論上可轉(zhuǎn)化為高附加值化學(xué)品，但現(xiàn)有回收技術(shù)普遍面臨效率低、產(chǎn)物混雜、能耗高等瓶頸，尤其當(dāng)塑料受到污染時，傳統(tǒng)機械回收和化學(xué)回收手段往往束手無策。因此，開發(fā)一種高效、選擇性強、適用于污染塑料的升級回收策略，成為全球科研與產(chǎn)業(yè)界共同關(guān)注的焦點。

華南理工大學(xué)瞿金平院士、何光建研究員研究團隊提出了一種基于激光閃速熱解（LFP）的新型廢塑料升級回收方法，成功將廢棄聚烯烴高效轉(zhuǎn)化為長鏈端烯烴（LT-alkenes）和高純度烯烴單體。該技術(shù)利用毫秒級超快加熱（約10??°C/s）和驟冷（約6000?°C/s）過程，突破熱力學(xué)平衡限制，實現(xiàn)主鏈C–C鍵的精準斷裂，抑制副反應(yīng)發(fā)生。整個過程無需催化劑，產(chǎn)物中長鏈端烯烴的收率可達約70 wt%，并可進一步用于合成功能性嵌段共聚物，如PE-b-PP和PE-b-PEG，為塑料循環(huán)經(jīng)濟提供了全新的技術(shù)路徑。相關(guān)論文以“Laser-Driven Superfast-Heating and Quenching Approach to Selectively Upcycle Waste Polyole?n into Long-Chain Terminal Alkenes and Functionalization”為題，發(fā)表在

Advanced Functional Materials

研究團隊首先構(gòu)建了一套激光閃速熱解實驗系統(tǒng)，采用915nm激光器對高密度聚乙烯（HDPE）與炭黑（CB）復(fù)合材料進行非接觸式加熱。炭黑作為光熱轉(zhuǎn)換介質(zhì)，使材料表面在數(shù)毫秒內(nèi)升溫至約1200?°C，誘導(dǎo)聚合物鏈快速斷裂并生成揮發(fā)性碎片。這些碎片在脫離激光照射區(qū)域后迅速冷卻凝結(jié)，形成白色粉末狀的長鏈端烯烴產(chǎn)物，而未被氣化的雜質(zhì)（如炭黑）則留在殘渣中，實現(xiàn)“自清潔”效果。高速攝影圖像清晰記錄了整個熱解過程，包括熱變形、熔融、沸騰、氣化與擴散六個階段，展現(xiàn)了激光熱解的超快反應(yīng)特性。

圖1：廢塑料升級回收方法對比與激光閃速熱解原理圖 圖中展示了多種塑料升級回收路徑，包括傳統(tǒng)熱解、催化裂解、先進加熱技術(shù)等。本研究所采用的激光閃速熱解（LFP）技術(shù)通過超快加熱與驟冷，突破熱力學(xué)平衡限制，實現(xiàn)聚烯烴主鏈選擇性斷裂，生成高純度的長鏈端烯烴。

圖2：激光閃速熱解反應(yīng)系統(tǒng)示意圖 該系統(tǒng)由高壓氮氣入口、激光器、石英管反應(yīng)器、冷凝過濾裝置和氣體收集單元組成。激光照射樣品表面，誘導(dǎo)聚合物快速熱解，產(chǎn)物隨載氣進入冷凝系統(tǒng)收集。

在產(chǎn)物分析中，研究人員發(fā)現(xiàn)固體產(chǎn)物主要為碳數(shù)在20至100之間的長鏈端烯烴，具有球狀形貌和高潔凈度。通過FTIR和NMR表征，確認產(chǎn)物中終端乙烯基含量顯著高于甲基，表明該過程對端烯烴具有高度選擇性。同時，氣相產(chǎn)物中乙烯和丙烯的體積分數(shù)分別約為48%和11%，可直接用于工業(yè)聚合。與傳統(tǒng)熱解技術(shù)相比，激光閃速熱解不僅產(chǎn)物更純凈、選擇性更高，而且能耗顯著降低，單位能耗僅為0.0065 kWh/g塑料，比傳統(tǒng)熱解降低75.4%。

圖3：HDPE激光閃速熱解過程與產(chǎn)物分析 高速攝影展示了HDPE在激光照射下的熱解過程，包括熔融、氣化與擴散。溫度記錄顯示激光照射區(qū)溫度可在10ms內(nèi)升至1200?°C。產(chǎn)物分析表明，固體產(chǎn)物為長鏈端烯烴，氣體產(chǎn)物富含乙烯和丙烯。

該技術(shù)還展現(xiàn)出對污染塑料的強適應(yīng)性。在實際應(yīng)用中，研究團隊對牛奶瓶、包裝袋、酸奶盒等常見塑料制品進行測試，均獲得了較高的長鏈端烯烴收率。尤其值得注意的是，對于含有47 wt%雜質(zhì)的農(nóng)業(yè)地膜，無需清洗預(yù)處理即可直接進行激光熱解，仍可獲得65 wt%的潔凈產(chǎn)物，顯著優(yōu)于傳統(tǒng)回收方法。這一“污染不敏感”的特性為處理復(fù)雜廢塑料提供了切實可行的解決方案。

圖4：污染塑料的激光閃速熱解應(yīng)用 不同類型的生活塑料（如牛奶瓶、包裝袋、酸奶盒）均可通過LFP技術(shù)高效轉(zhuǎn)化為長鏈端烯烴。即使是對高污染農(nóng)業(yè)地膜，無需清洗也能獲得高純度產(chǎn)物，雜質(zhì)被有效分離。

在后續(xù)應(yīng)用中，研究人員利用所獲得的長鏈端烯烴，通過硫醇-烯點擊反應(yīng)和環(huán)氧化反應(yīng)，成功引入硫醚、環(huán)氧、羧基和羥基等官能團，進一步合成了PE-b-PP嵌段共聚物和PE-b-PEG兩親性共聚物。前者作為相容劑可顯著提升PE/PP共混材料的力學(xué)性能，后者則可在水中自乳化形成穩(wěn)定乳液，展現(xiàn)出在涂料、藥物遞送和自組裝材料等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用潛力。

圖5：長鏈端烯烴的功能化與應(yīng)用 通過點擊化學(xué)反應(yīng)和環(huán)氧化反應(yīng)，將長鏈端烯烴轉(zhuǎn)化為功能性聚合物，如PE-b-PP嵌段共聚物和PE-b-PEG兩親性共聚物，分別用于塑料共混改性及水性乳液制備，展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。

綜上所述，激光閃速熱解技術(shù)以其超快、高效、選擇性強和污染適應(yīng)性高的優(yōu)勢，為廢塑料的高值化利用提供了全新思路。該技術(shù)不僅突破了傳統(tǒng)熱解技術(shù)的瓶頸，還為構(gòu)建塑料循環(huán)經(jīng)濟體系提供了可擴展、可持續(xù)的技術(shù)平臺。未來，隨著激光技術(shù)的進一步發(fā)展，該方法有望實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，推動塑料污染治理與資源再生利用邁向新階段。

來源：高分子科學(xué)前沿

聲明：僅代表作者個人觀點，作者水平有限，如有不科學(xué)之處，請在下方留言指正！