理化所电催化重整废弃塑料PET制备生物可降解塑料PGA研究获新突破

生物可降解塑料的大规模推广应用是解决塑料污染问题的关键突破口。作为一类兼具优异生物降解性和生物相容性的聚酯材料，聚乙醇酸（polyglycolic acid, PGA）在包装材料、农业生产、医疗器械、油气开采等领域展现出广阔的应用前景。据测算，我国PGA市场需求未来将达到百万吨级规模。然而，PGA的主流制备工艺面临重大挑战：其单体原料乙醇酸的传统合成路线依赖高毒性前驱体（如氯乙酸或氢氰酸），存在安全风险且难以规模化生产。同时，乙醇酸合成过程中的产物分解和高能耗问题进一步推高了生产成本，使得乙醇酸合成成为制约PGA产业发展的关键瓶颈。截至2024年，我国乙醇酸年产能不足5万吨，与百万吨级市场需求存在巨大缺口，开发绿色、经济的合成路线迫在眉睫。

针对这一重大需求，中国科学院理化技术研究所陈勇研究员团队发展了新的电合成策略，利用废弃PET塑料作为起始原料，成功实现了乙醇酸的克级制备（Angew. Chem. Int. Ed.2023, 62, e202300094；Green Chem., 2023, 25, 5872；Adv. Energy Mater.2024, 14, 2304065;Angew. Chem. Int. Ed.2025, e202422183）。为推进该技术产业化，实现从废弃塑料PET到可降解塑料PGA的全流程转化，团队系统分析了电催化重整PET制备PGA过程中的两大核心难题：（I）乙二醇制备乙醇酸的时空产率低；（II）乙醇酸晶体的分离提纯成本高。

围绕这两大关键技术问题，团队近期研制出强Lewis酸（CoCr2O4）负载的钯催化剂，通过强Lewis酸促进反应体系中OH–的快速迁移，大幅提升乙二醇制备乙醇酸的时空产率；发展了新的蒸馏醇析工艺，不仅实现了高纯度乙醇酸晶体的高效分离，同时完成了碱液/乙二醇循环利用和副产物回收。基于这些技术创新，团队自主设计500 W级电堆系统，成功完成20公斤级废弃PET至PGA的全流程放大实验。经济技术分析结果表明，基于电催化重整路线制备的PGA成本约为1240.12 美元/吨，已接近通用聚烯烃塑料的成本区间，为该技术产业化奠定了坚实基础。

该成果以Scale-up upcycling of waste polyethylene terephthalate plastics to biodegradable polyglycolic acid plastics为题目发表在Nature Communications期刊，论文的通讯作者为理化技术研究所陈勇研究员和石睿副研究员，共同第一作者为博士生王宇翔和刘福来副研究员。研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金委、中国科学院-香港大学新材料联合实验室基金等资助项目的资助。

废弃塑料PET转化为生物可降解塑料PGA的过程示意图