惠及你我！塑料垃圾回收再利用新技术，差异这么大竟然还能转化！
弗吉尼亚理工大学的研究团队开发了一项新技术，能够将塑料回收再利用，并将其转化为有价值的化学物质——表面活性剂。这种表面活性剂可以用于制造肥皂、洗涤剂等产品。尽管塑料和肥皂在质地、外观以及使用方式上存在很大差异，但在分子水平上却有着惊人的联系。
聚乙烯是当今世界最常用的塑料之一，其化学结构与用作肥皂化学前体的脂肪酸非常相似。这两种材料都是由长长的碳链组成，但脂肪酸在碳链末端多了一个原子团。这种相似性意味着将聚乙烯转化为脂肪酸是可能的，只需增加几个步骤，就能生产出肥皂。然而，目前的挑战是如何将长聚乙烯链分解成许多短链，但又不能太短，同时还要高效地完成这一过程。
弗吉尼亚理工大学理学院化学副教授刘国良，一直认为这种相似性意味着将聚乙烯转化为肥皂化学前体是可行的。他指出，一种新的升级再造方法可以有效地将低价值的塑料废物转化为高价值的有用商品。
塑料有哪些？
塑料根据其热性能和分子结构，可以分为热塑性塑料和热固性塑料两大类。
热塑性塑料在一定的温度和压力下，可以反复加工和回收利用。常见的热塑性塑料包括聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）、聚甲醛（POM）、聚酰胺（PA）和聚碳酸酯（PC）等。其中，PE是世界上产量最大的塑料，被广泛应用于包装、家具、玩具、管道等领域；PP则因其强度高、耐热性好、密度低等特点，被广泛应用于汽车、家电、日用品等领域。
热固性塑料在加热和压力作用下，会发生化学反应，形成交联网络结构，从而固定其形状和性质。常见的热固性塑料包括酚醛树脂（PF）、环氧树脂（EP）、氨基树脂、醇酸树脂、烯丙基树脂、脲甲醛树脂（UF)、三聚氰胺树脂等。这些塑料多用于制造电子、电气、汽车、家具等领域，例如酚醛树脂用于制造电路板、环氧树脂用于粘合剂和涂料等。
此外，根据塑料的用途，还可以分为通用塑料和工程塑料。通用塑料包括聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等，主要用于包装、装饰、管道等领域。工程塑料则具有更高的机械强度、耐热性、绝缘性等特性，主要用于汽车、航空航天、电子电气等领域，如聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛等。总之，塑料是一种用途广泛、种类繁多的高分子材料，其性能和应用领域会根据不同的分子结构和加工工艺而有所不同。
塑料的处理方法主要有以下几种：
填埋：这是处理废旧塑料的传统方式。但是，由于塑料密度小、体积大、不易分解，严重妨碍地下水渗透，塑料中的添加剂会造成土地的二次污染，因此填埋并不是理想的处理方法。
焚烧：焚烧是广泛使用的一种方法。焚烧可产生大量的热能，但焚烧塑料垃圾会产生大量有毒有害气体，释放出有害物质，因此需要通过完善的控制系统让塑料垃圾燃烧充分，再配套完善的烟气净化系统进行处理，以控制污染的发生。
造粒再生：这是物理性回收利用塑料垃圾的方法。大多数可回收的塑料经机械加工分解成颗粒，然后重新制造成新的塑料产品，如包装材料、座椅或衣物等。但是，再生造粒方法不适用于塑料薄膜、小袋和其他层压塑料，这些材料通常会被送到垃圾填埋场或进行焚烧。
热裂解：废旧塑料热裂解是一种化学分解方法。运用此技术可以将废塑料转化为燃料油、炭黑、可燃气体等高附加值能源产品。但是，热裂解技术需要完善的设备和操作条件，因此成本相对较高。
肥皂的制作方法：
油脂和氢氧化钠共煮，水解成高级脂肪酸钠和甘油，高级脂肪酸钠经过加工成型即是肥皂。
制作步骤为：
准备好烧杯、玻璃棒、酒精灯、石棉网、三脚架、猪油、氢氧化钠、酒精、饱和食盐水。
取猪油和酒精放入烧杯里，加入氢氧化钠溶液。玻璃棒搅拌，使它溶解。
烧杯放在石棉网上用小火加热，酒精和水的混合液，使其体积保持不变。
加热后皂化反应基本完成，将热蒸馏水加入其中，搅拌使其互溶。再将混合液体倒入热饱和食盐水溶液中，一边加一边搅拌，待静置后，肥皂会慢慢析出，等到全部析出凝固后，用玻璃棒取出即可。
新技术形成
在冬夜的壁炉旁，刘国梁沉思着塑料回收的问题。当他看到火堆中升腾的烟雾，他开始思考，如果将聚乙烯在安全的实验室环境中燃烧，会发生什么情况。他推测，聚乙烯的不完全燃烧可能会产生类似木材燃烧时产生的“烟雾”。
作为布莱克伍德生命科学青年教师奖学金的获得者，刘国梁博士在化学系开展研究。他认为，如果能够分解合成聚乙烯分子，但在它们完全分解成小气态分子之前停止这一过程，那么就应该得到类似聚乙烯的短链分子。
在刘博士的指导下，化学博士生徐震和埃里克-穆尼亚内扎协助进行实验。他们建造了一个小型反应器，通过一种叫做温度梯度热解的过程加热聚乙烯。底部的高温足以破坏聚合物链，而顶部的低温则阻止了进一步的破坏。热解结束后，他们收集了残留物——清理烟囱里的烟灰——并发现刘的预感是正确的：残留物由“短链聚乙烯”组成，更准确地说，是蜡。这是开发塑料肥皂升级再循环方法的第一步。在增加了皂化等几个步骤后，研究小组用塑料制成了世界上第一块肥皂。为了继续推进这一过程，该团队寻求了计算建模、经济分析等方面专家的帮助。
通过与弗吉尼亚理工大学大分子创新研究所的联系，团队认识了其中一些专家。他们一起记录并完善了升级再循环过程，直到可以与科学界分享为止。这项工作最近发表在《科学》杂志上。
该团队的研究展示了一条无需使用新型催化剂或复杂程序的塑料升级再循环新途径。在这项工作中，他们展示了串联策略在塑料回收方面的潜力。这将启迪人们在未来开发出更具创造性的升级再循环程序设计。
虽然聚乙烯是启发这个项目的塑料，但这种升级再造方法也可以用于另一种塑料，即聚丙烯。从产品包装、食品容器到织物，这两种材料构成了消费者每天接触到的大部分塑料。刘国梁的新升级再造方法的一个令人兴奋的特点是，它可以同时用于这两种塑料，这意味着无需将这两种塑料分开。与目前使用的一些回收方法相比，这是一个重大优势，因为后者需要对塑料进行仔细分类，以避免污染。
升级再循环技术的另一个好处是它的要求非常简单：塑料和热量。虽然该工艺的后期步骤需要一些额外成分将蜡分子转化为脂肪酸和肥皂，但塑料的初始转化是一个直接的反应。因此，这种方法不仅成本效益高，而且对环境的影响相对较小。
要想使升级再造大规模有效，最终产品必须有足够的价值来弥补工艺成本，使其在经济上比其他回收方案更具吸引力。虽然肥皂最初看起来并不像一种特别昂贵的商品，但按重量比较，肥皂的价值实际上是塑料的两倍或三倍。目前，肥皂和洗涤剂的平均价格约为每公吨 3550 美元，而聚乙烯的价格约为每公吨 1150 美元。此外，肥皂和相关产品的需求量与塑料的需求量相当。
刘博士希望世界各地的回收设施都能开始采用这种技术。届时，消费者将有机会购买到革命性的可持续肥皂产品，从而减少垃圾填埋场中的塑料垃圾。出于这个原因，将塑料转化为肥皂在经济上是可行的。他同时也是纳米科学项目的一名附属教师，该项目隶属于理学院的综合科学院以及弗吉尼亚理工大学工程学院的材料科学与工程系。
“应该认识到，塑料污染是一个全球性挑战，而不是几个主流国家的问题。与复杂的工艺和复杂的催化剂或试剂相比，简单的工艺可能更容易为世界上许多其他国家所接受，”徐震说。“我希望这能成为抗击塑料污染战争的一个良好开端。”
补充：
聚乙烯链分解为短链的方法：
美国加州大学伯克利分校和劳伦斯·伯克利国家实验室开发出一项新工艺，使用催化剂将长聚乙烯（PE）聚合物分解成均匀的短链，即三碳分子丙烯，这是制造其他高价值塑料（如聚丙烯）的原料。新工艺将聚乙烯解聚并转化为丙烯，是一种升级循环的方式，可从基本已经一文不值的废物中生产更高价值的产品，同时减少化石燃料的使用。新工艺需要用催化剂打破聚乙烯上的两个碳氢键，研究人员最初采用的是铱催化剂，后来是铂—锡和铂—锌催化剂，以创造一个活性的碳—碳双键。有了这个“缺口”，就可以通过与乙烯和另外两种协同反应的催化剂进行反应，从而解开聚合物的链条。接着，研究人员添加由钯制成的第二种催化剂，使丙烯分子（三碳分子）能够反复地从反应端被剪除。 结果表明，80%的聚乙烯被还原为丙烯。
