回收地球上最棘手的塑料之一现在变得更容易了

聚乙烯是世界上最常用的塑料之一，用于瓶子和包装膜，但它也是最难分解的塑料之一。聚乙烯本身需要数百年才能完全分解。科学家们一直在努力解决这个问题，因为聚乙烯垃圾正在堵塞垃圾填埋场并散落在海滩和海洋中。

分解聚乙烯的主要障碍是其分子结构的特点。它含有不活泼的碳链，这些碳链是共价键，它们将原子紧紧地结合在一起，需要很大的力和能量才能将它们拉开。但科学家们一直在努力寻找分解聚乙烯的解决方案。周四发表在《科学》杂志上的一项新研究提出了一种将聚乙烯有效转化为丙烯的方法，丙烯是一种更易于用于未来化学反应的化学物质。

加州大学圣巴巴拉分校化学教授苏珊娜·斯科特 (Susannah Scott) 解释说，将聚乙烯转化为可用的聚合物可以提高塑料的价值，并提供一种丢弃塑料的替代方法。她还是另一项新研究的作者，该研究使用类似的技术实现了同样的目标。在周二发表的预印本研究中，斯科特和她的合著者还描述了一种方法，他们从聚乙烯链中去除氢，从而产生更容易切割的反应键。

聚乙烯自 20 世纪 30 年代就已存在，但科学家花了 20 年时间才将这种塑料改良得更坚硬、更耐热。时至今日，聚乙烯的碳-碳键和碳-氢键几乎牢不可破，这有助于制造从塑料水瓶到电缆绝缘层等各种材料。然而，这些化学键也使其难以分解，否则会造成高昂的能源成本。

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要破坏聚乙烯中的碳碳单键，通常需要在特殊条件下高温加热：无氧，或使用催化剂并加入氢气。然而，这两种方法都不能完全消除不活泼的键。加州大学伯克利分校化学教授、 《科学》杂志这项研究的资深作者约翰·哈特维格 (John Hartwig) 寻求一种通过在每对原子之间安装更具反应性的键来分裂这些碳链的方法。

这种键称为双键，是由原子间共享两对电子形成的。双键虽然比单键强，但稳定性较差，因此更容易断裂。他们和斯科特的团队一样，依次从越来越小的碳链中去除氢，制成非常微小的反应性物质。双键断裂后，科学家们得到的产品也具有反应性键，使这些物质可以再次使用。然后，他们以不同的方式将这些小物质连接在一起，制成另一种聚合物丙烯。

这种反应产生的最终产品中约 80% 是丙烯。“其他方法产生的产品混合物”可能只具有小众用途，哈特维格解释道。他说，主要生产丙烯很重要，因为它的需求量非常大。丙烯是许多其他化学品的关键组成部分，用于制造外用酒精和聚酯。

加州大学圣巴巴拉分校绿色化学教授马赫迪·阿布·奥马尔 (Mahdi Abu-Omar) 表示，丙烯的产量“非常令人兴奋”，但他并未参与这项研究，因为在最终产品中，每三个碳原子中的两个都来自废料。

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在新的预印本研究中，斯科特和她的同事的方法产生了 94% 的丙烯。她说，虽然与《科学》杂志上发表的程序类似，但预印本研究中的方法具有更连续的流程，并且使用了一种名为乙烯的有机化学物质。这是因为他们在去除形成的丙烯的同时添加了乙烯。斯科特说：“我们称这种循环为‘循环’，即把聚合物拆开，取回碎片，然后以新的方式将它们重新组合在一起，从而制成聚合物。”

这些研究与过去降解聚乙烯的努力一致。2020 年的一篇论文提出了一种有机反应模型，其中可以使用金属催化剂重新分配碳碳双键以加速该过程。

虽然聚乙烯本身无毒，但它可以与其他可能有毒的分子相互作用，从而污染塑料的表面。此外，当聚乙烯在环境中降解时，动物可能会摄入微小的聚合物颗粒，即微塑料，这些微塑料也可能被土壤吸收。虽然我们仍然不知道微塑料对生态的真正影响，但研究表明，人类摄入微塑料会导致细胞损伤、发育毒性和癌症风险增加。

“这是一个有趣的科学和社会挑战，”斯科特说。“我们都意识到[塑料降解]是我们迫切需要解决的问题，这令人兴奋，因为人们正在以研究中通常看不到的速度推动整个领域的发展。”