被丢弃或放入回收箱的混合消费塑料实际上很少被回收。近90%被掩埋在垃圾填埋场或在商业设施中焚烧，产生温室气体和空气中的毒素。这两种结果对环境来说都不理想。
为什么没有更多的混合塑料被回收利用?制造新塑料产品通常比回收、分类和循环利用旧塑料产品更容易、更便宜。混合塑料的传统回收以前意味着根据塑料的成分聚合物手动或机械分离塑料。
为了解决这个问题，能源部橡树岭国家实验室的科学家们利用精心策划的化学设计、中子散射和高性能计算来帮助开发一种新的催化回收工艺。该催化剂选择性地依次将混合塑料中的多种聚合物解构为原始单体，即与其他单体分子反应形成聚合物的分子。该工艺为应对全球塑料废物(如瓶子、包装、泡沫和地毯)提供了一个有前景的策略。
研究人员的分析发表在《材料视野》上，将使用新型多用途催化剂与针对每种类型的塑料使用单独的催化剂进行了比较。新催化剂将产生高达95%的温室气体，减少高达94%的能源输入，并导致化石燃料消耗减少高达96%。
“我们的方法涉及一种定制的合成有机催化剂——一种由有机小分子组成的化合物，可促进有机化学转化。有机催化剂可以将批量混合塑料废物转化为有价值的单体，以便重新用于生产商业级塑料和其他有价值的材料，”Tomonori说Saito，橡树岭国家实验室合成高分子化学家和通讯作者。“这种极其高效的化学工艺可以通过用再生单体替代首次使用的单体来帮助闭合混合塑料的回收循环。
“如今，几乎所有塑料都是由化石燃料制成，并使用通过能源密集型工艺制成的首次使用单体。建立这种闭环回收如果在全球范围内使用，每年可以减少约35亿桶石油的能源消耗。”齐藤补充道。
事实证明，新型有机催化剂可以在大约两小时内高效、快速地解构多种聚合物。此类聚合物包括安全护目镜(聚碳酸酯)、泡沫(聚氨酯)、水瓶(聚对苯二甲酸乙二醇酯)和绳索或渔网(聚酰胺)等材料中使用的聚合物，这些聚合物合计占全球塑料产量的30%以上。到目前为止，还没有任何一种催化剂被证明对所有这四种聚合物都有效。
该工艺通过取代用于解构聚合物的刺激性化学品，提供了许多环境优势，并具有良好的选择性、热稳定性、不挥发性和低可燃性。它对多种聚合物的有效性也使其可用于解构越来越多的多组分塑料，例如复合材料和多层包装。
橡树岭国家实验室散裂中子源的小角中子散射被用来帮助确认废塑料中解构单体的形成。该方法以小角度散射中子，以从纳米到微米的不同细节水平表征结构。
有机催化剂在不同温度下解构塑料，这有助于以可重复使用的形式依次回收各个单体。聚碳酸酯在266°F(130°C)下解构，聚氨酯在320°F(160°C)下解构，聚对苯二甲酸乙二醇酯在356°F(180°C)下解构，聚酰胺在410°F(210°C)下解构。其他塑料、添加剂和相关材料(例如棉花和塑料袋)由于其反应性差异而保持完整，随后可以回收。
“解构的单体和有机催化剂是水溶性的，因此我们可以将它们转移到水中，通过过滤可以去除颜料等任何杂质，”该研究的主要作者、橡树岭国家实验室前博士后合成有机化学家MdArifuzzaman说。他现在是创新十字路口研究员、Re-Du公司首席执行官兼创始人。
“然后提取出几乎纯净的单体，留下催化剂，通过蒸发水几乎完全回收催化剂，并且可以直接重复用于多个解构循环。”
