摘要

全球每年塑料總產(chǎn)量高達(dá)4億t，使用后的塑料近80％被直接填埋或傾倒在自然界中，隨之產(chǎn)生和釋放的微塑料會對生態(tài)環(huán)境及人類健康帶來巨大威脅，如何高效環(huán)保地處理廢塑料已成為當(dāng)下國內(nèi)外共同關(guān)注和研究的熱點。在眾多的廢塑料處理方式中，以熱解為代表的化學(xué)回收技術(shù)可將高分子聚合物轉(zhuǎn)變?yōu)樾》肿訂误w或低聚物等高值產(chǎn)品，是目前廢塑料回收技術(shù)研究的前沿領(lǐng)域。本文詳細(xì)總結(jié)了廢塑料快速熱解、催化熱解、氧化熱解、加氫熱解等不同熱解技術(shù)的研究和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展，對目前廢塑料熱解研究和產(chǎn)業(yè)化面臨的挑戰(zhàn)和難題進(jìn)行了討論，并展望了各種熱解技術(shù)未來的發(fā)展方向，以期在未來的研究中能夠根據(jù)現(xiàn)有基礎(chǔ)探索出更加高效、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的廢塑料熱解技術(shù)和方法，從而滿足不斷增長的環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展需求。

塑料是由乙烯、丙烯、苯乙烯等小分子單體聚合形成的高聚物，憑借其密度低、成本低、易加工、性能多樣等諸多優(yōu)勢，成為了現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會活動中最基本的材料之一。目前全球的塑料產(chǎn)量約為4億t／a，據(jù)預(yù)測到2030年全球塑料產(chǎn)量將超過７億t／a，塑料生產(chǎn)所消耗的石油量將占全球石油消耗總量的20％以上。如果塑料生命周期繼續(xù)按照目前的路線發(fā)展，預(yù)測2030年全球的溫室氣體排放總量將高達(dá)134億t／a，相當(dāng)于近300個500ＭＷ燃煤發(fā)電廠每年的碳排放總量。此外，大多數(shù)塑料制品是一次性的，使用周期短但自然降解周期極長。據(jù)估計，全球約80％的廢塑料被直接堆存到垃圾填埋場或丟入自然環(huán)境中，隨之產(chǎn)生和釋放的微塑料對生態(tài)環(huán)境和人類健康構(gòu)成了長期危害。如何高效環(huán)保地處理廢塑料已成為當(dāng)下國內(nèi)外共同關(guān)注和研究的熱點。2021年，《Science》將“我們?nèi)绾胃玫毓芾硎澜缟系膹U塑料？”列為《125個科學(xué)問題：探索與發(fā)現(xiàn)》之一。廢塑料進(jìn)行回收再利用是緩解廢塑料污染、降低溫室氣體排放、減少化石能源使用的有效途徑。目前，主要的廢塑料回收方式有初級回收（閉環(huán)回收）、二級回收（機(jī)械回收）、三級回收（化學(xué)回收）、四級回收（能量回收）等，如圖1所示。其中，初級回收是將未經(jīng)使用的聚合物擠壓引入生產(chǎn)循環(huán)，生成類似產(chǎn)品的過程；二級回收則是對使用后的塑料進(jìn)行機(jī)械加工、熱加工等處理，將其轉(zhuǎn)化為品質(zhì)較低的二次塑料。初級回收和二級回收都采用機(jī)械加工的方式，回收后的塑料機(jī)械性能等指標(biāo)會受到影響，因此這兩種方式均被認(rèn)為是降級回收（Downcycling）。能量回收是指將廢塑料作為熱能和電力生產(chǎn)的原料加以用，但在焚燒過程中可能伴隨著如多環(huán)芳烴、呋喃、二噁英等揮發(fā)性有機(jī)化合物的產(chǎn)生，給環(huán)境及人體健康均會帶來威脅。

廢塑料的化學(xué)回收是指通過熱化學(xué)、生化等手段將廢塑料這一高聚物解聚為高品位燃料、化學(xué)品等小分子高值產(chǎn)物的過程。目前，常用的化學(xué)回收方法有熱解、醇解、糖酵解、氨解、氣化、光解等。相比于主要利用廢塑料燃燒過程中產(chǎn)生的熱量的能量回收，以及將廢塑料轉(zhuǎn)化為較低品質(zhì)的二次塑料的機(jī)械回收，化學(xué)回收能夠制備汽柴油、氣體燃料（甲烷、氫氣等）、活性炭等燃料和高值化學(xué)品，因此也被稱為廢塑料的化學(xué)升級回收（Chemical upcycling）。廢塑料的化學(xué)升級回收極具發(fā)展前景，國際應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會更是將其列入“十項將改變世界的創(chuàng)新”之中。在眾多的廢塑料化學(xué)回收方法中，熱解是目前國內(nèi)外最為主要的轉(zhuǎn)化方式。根據(jù)工藝的不同，熱解又可分為快速熱解（Fast pyrolysis）、催化熱解（Catalystic pyrolysis）、氧化熱解（Oxidative pyrolysis）、加氫熱解（Hydro-pyrolysis）等。

 本文詳細(xì)總結(jié)了以上幾種基于熱解的廢塑料化學(xué)回收方式的研究和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展，對目前廢塑料熱解研究和產(chǎn)業(yè)化面臨的挑戰(zhàn)和難題進(jìn)行了討論，并展望了各種熱解技術(shù)未來的發(fā)展方向，以期在未來的研究中能夠根據(jù)現(xiàn)有的基礎(chǔ)探索出更加高效、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的廢塑料熱解技術(shù)和方法，以滿足不斷增長的環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展需求。

來源：能源環(huán)境保護(hù)EEP