SmartMat|综述：人工光合作用为塑料垃圾带来新的活力
学术
科技
2024-08-30 09:00
天津
Sailei Kang, Tao Sun, Yingxin Ma, Mengmeng Du, Mingfu Gong, Chunyu Zhou, Yang Chai, Bocheng Qiu. Artificial photosynthesis bringing new vigor into plastic wastes. SmartMat. 2023; 4:e1202.
https://doi.org/10.1002/smm2.1202
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塑料废物在垃圾填埋场和环境中的积累威胁着我们的环境和公众健康，同时导致潜在碳资源的损失。迫切需要的是开发一种节能环保的方法，将塑料升级为增值化学品。在温和的条件下，人工光合作用可以利用无穷无尽的太阳能实现塑料的升级循环，但在塑料升级方面仍处于初级阶段。本文从资源再利用的角度对塑料废弃物的光催化转化进行了综述。首先，我们介绍了塑料废物的新兴转化途径，并强调了人工光合作用处理塑料废物的优势。通过对光催化塑料转化过程的分析，我们展示了目前可用的塑料加工途径，包括塑料光降解、塑料串联分解和二氧化碳还原、塑料选择性氧化以及塑料光重整。本文总结了光催化塑料转化的潜在进展和面临的挑战。
图 6. (A)自Fenton系统中氧化物质的生成过程。(B)不同条件下总有机碳(TOC)去除率和双酚A(BPA)降解的比较。(C) BiOCl0.75I0.25/g-C3N4对双酚A去除效率的光催化性能。Copyright 2022,Elsevier. 低密度聚乙烯(LDPE)薄膜在光催化前(D)和光催化后(E)的形态特征。Copyright 2019, Springer.(F)光催化过程中PS纳米粒子的降解效率。Copyright 2021, Elsevier.
图 7. (A)光驱动PE转化为合成气的过程。(B)在Co-Ga2O3光催化剂上进行PE光重整后的气体生成量。Copyright 2022, Oxford University Press. (C)从塑料废物合成醋酸的途径。(D) C2燃料演化过程中的原位红外光谱。Copyright 2020,Wily‐VCH.图 8. (A)通过HAT途径将聚苯乙烯(PS)转化为苯甲酸的过程描述。升级过程中纯PS (B)和PS泡沫(C)产品的产率。Copyright 2022, American Chemical Society.(D)有光和无光条件下产物的液相色谱，不同预处理后的分子量分布和红外光谱。(E)光催化PS转化的推定反应途径。Copyright 2022, Springer Nature.
图 9. (A)太阳能驱动的塑料氧化-析氢耦合方案;(B) Cd/CdOx光催化剂辅助下塑料光重整生成H2的性能。Copyright 2018, The Royal Societyof Chemistry. 光催化前后PET的(C)1H NMR光谱。(D)聚乳酸(PLA)在CdS/MoS2上转化的机理。(E) CdS与MoS2紧密界面的透射电镜(TEM)图像。(F)塑料废弃物光催化析氢。Copyright 2021, Wily‐VCH.
图 10. (A) PE通过光催化转化为气态产物。(B) P25|Pt和NCNCNx|Pt光催化产物量。(C) MoS2-尖端CdS纳米棒的透射电子显微镜(TEM)图像。(D)经预处理的聚乙烯(PE)光催化生成H2。(E) PE光重整过程中烷烃的量。(F)利用CdS/MoS2光催化剂对塑料废物进行升级改造的示意图。Copyright 2022, American Chemical Society.
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作者简介
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柴杨，2009年获香港科技大学博士学位。2012年加入香港理工大学应用物理系，现任正教授。他是香港青年科学院院士，中国香港物理学会副会长。主要研究方向为低维功能纳米材料在能源和电子领域的应用。
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邱博诚，现任南京农业大学理学院教授。2012年获南京农业大学化学工程学士学位，2017年获华东理工大学化学工程博士学位。2017年至2020年，与柴扬教授在香港理工大学进行博士后研究。他的研究兴趣集中在以塑料废物或生物质为原料的光/电合成高价值商品化学品。
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