摘要：聚乳酸（PLA）塑料的高效回收受到诸如产品与杂质和添加剂的分离以及PLA在环境温度下缓慢水解等挑战的阻碍。在这项研究中，引入了一种结合光驱动光热解聚和重整的集成方法来克服这些限制。利用这种方法，商业PLA颗粒几乎完全转化为易于分离的H2（20.7 mmol/g

中国“强制使用再生塑料”时代第1展

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摘要：聚乳酸（PLA）塑料的高效回收受到诸如产品与杂质和添加剂的分离以及PLA在环境温度下缓慢水解等挑战的阻碍。在这项研究中，引入了一种结合光驱动光热解聚和重整的集成方法来克服这些限制。利用这种方法，商业PLA颗粒几乎完全转化为易于分离的H2（20.7 mmol/gsub），CO（6.9 mmol/gsub）和CH4（8.2 mmol/gsub），与CO2（14.5 mmol/gsub）作为主要成分，受控实验表明，脱羧和光重整反应将是H2和这种气态C1的主要过程此外，光热回收系统对现实生活中的PLA餐具和吸管表现出优异的性能，突出了其广泛的适用性和实用潜力，这项工作为回收现实生活中的PLA塑料提供了一种可持续和高效的解决方案，以获得高需求且易于分离的H2和气态C1产品。

研究背景

环保材料聚乳酸（PLA）广泛应用于一次性餐具、包装、3D打印等领域。它的最大卖点是“可降解”，但现实并不那么美好：

在理想堆肥条件下，完全降解需要3到6个月；

在土壤中要几十年，在海水中几乎降解不了；

降解后只是变成二氧化碳和水，本质上等同于焚烧，造成碳资源浪费。

换句话说，PLA虽然比传统塑料环保一点，但还远远谈不上“完美解决方案”。如何既能环保又能“把塑料的碳用起来”，成为业界关注的焦点。

研究方法

解决方案：光+热双驱动，PLA变身氢能资源

本研究团队提出了一种光热协同回收技术，用一句话总结就是：

具体操作如下：

催化剂选择：使用负载铂的二氧化钛（Pt/TiO₂）；

能量来源：主要依靠模拟阳光（氙灯）照射带来的光热；

反应条件：将PLA粉末在200°C条件下反应4小时；

产物回收：气体产物直接收集，无需复杂分离工艺。

催化剂制备：用还原法合成Pt/TiO₂，铂颗粒均匀分布，粒径约5.5 nm，增强光吸收与热导率。

模拟光源：使用氙灯照射样品，光强可调，最高温升至242°C。

反应器设计：自制密闭反应器，控制水蒸气环境，模拟实际“蒸汽+太阳”场景。

测试材料：商用PLA颗粒、PLA吸管和PLA餐具粉碎物。

研究结果关键结果与发现：氢气产率达20.7 mmol/g，气体产物全可用！

PLA转化率：在200°C温度下，PLA几乎100%分解；

产气分布（每克PLA）：

氢气：20.7 mmol

一氧化碳：6.9 mmol

甲烷：8.2 mmol

二氧化碳：14.5 mmol

气体纯净易分离：几乎无液体副产物，避免了杂质带来的分离成本；

适应性强：即使是含有添加剂的“真实垃圾”——吸管和餐具，也能高效产气；

反应机制清晰：

PLA首先被水解成乳酸；

乳酸脱羧生成乙醛与乙酸；

最终在催化剂作用下生成氢气、CO和CH₄。

图文解析

图1.（a，B）Pt/TiO2的HAADF-STEM图像和相应的Ti，O和Pt元素映射；（c）Pt/TiO2的TEM和（d）HRTEM图像，直方图是Pt/TiO2上Pt纳米颗粒的相应粒度分布

图2.（a）在各种光强度（0.97、1.32和1.71 W/cm2）的白炽灯照射下，TiO2和Pt/TiO2的时间依赖性温度曲线；（b）在紫外-可见（UV-Vis）光照射和各种反应温度（160，180，200和220度）；（c）各种负载Pt的光催化剂的XRD图案；（d）在反应4小时后，在UV-Vis光照射下，在200 ℃下，商业PLA颗粒在各种负载Pt的光催化剂上的光热重整性能

图3.(a)在200 °C下反应2、4和10小时后，在UV-Vis光照射下，商业PLA颗粒在Pt/TiO2上的光热重整性能；（b）在200 ℃下，在UV-Vis光照射下，反应4小时后，在Pt/TiO2上，在没有PLA的情况下或在加入商业PLA颗粒、LA和预处理的PLA的情况下的光热重整性能；（c）在Pt/TiO 2上，在白炽灯照射下PLA的集成光热解聚和重整的示意图

图4.(a)Pt/TiO2催化剂上PLA颗粒的光热转化性能；（b）在200°C下反应4小时后的商业PLA颗粒的光热重整性能，所述商业PLA颗粒没有任何催化剂或具有裸TiO2或Pt/TiO2，上图中的误差条表示来自三个独立实验的标准偏差；（c）Pt刺激的重整的建议反应机理；（d）TiO2和Pt/TiO2样品的瞬态SPV光谱

图5.(a)真实PLA塑料（即PLA餐具和吸管）及其相应粉末的数码照片；(b)在200 °C下反应4 h后，在UV-Vis光照射下，真实世界PLA塑料在Pt/TiO 2上的光热重整性能；(c)H2和气态C1产物的气相色谱的相应热导检测器（TCD）信号

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总结

这项研究最大突破在于将塑料回收过程“气体化”与“阳光化”。过去PET回收更偏向机械粉碎和再造粒或化学溶解再聚合，这两种方式都存在高能耗或产品质量下降问题。而该研究提出的新方向——光热联合+气体产物输出，不仅免去了高纯回收的需求，还能让塑料变成能源载体，尤其是氢气这种“碳中和主角”。对PET行业而言，这种方法提供了一种不同维度的回收价值变现模型：不是为了再造塑料，而是变废为宝造能源。当然，要真正落地，还有反应设备规模化、催化剂成本控制等现实挑战，但其理念值得PET循环技术体系重点关注和延伸。

来源：生活小乐趣