浙江大学化学系王勇教授、毛善俊副研究员团队联合英国卡迪夫大学Graham J. Hutchings教授等，在废塑料绿色高值转化研究方面取得进展。研究提出一种利用水-熔融塑料微液滴界面原位生成羟基自由基的无外加催化剂氧化转化策略，可将聚烯烃、橡胶及混合废塑料等转化为羧酸，特别是短链二元酸。相关成果以“无催化剂、微液滴介导的废塑料转化制二元酸（Catalyst-free, microdroplet-mediated waste plastic conversion to diacids）”为题发表于《自然》（Nature）。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-026-10746-7。
塑料废弃物积累已成为全球环境与公共健康面临的重要问题。2019年全球塑料废弃物达3.53亿吨，其中近一半被填埋；若现有趋势持续，到2050年可能有多达120亿吨塑料累积于填埋场或进入自然环境。聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃材料占塑料产量的60%以上，因其C-C键和C-H键稳定、结构疏水、自然环境中难以降解，成为废塑料回收和高值化利用中的难点。现有化学回收路线虽然可实现聚合物链断裂与升级转化，但在处理真实复杂废塑料时，往往受添加剂和污染物诱导的催化剂失活、积碳、高能耗及复杂下游处理等因素限制，影响其规模化应用。
针对上述问题，研究团队发展了仅以水和氧气为反应介质的废塑料氧化升级策略。在加热和搅拌条件下，熔融聚合物被分散成微米尺度油滴，与水形成动态水-油微液滴界面。该界面具有强局域电场，可诱导水相关物种生成羟基自由基和电子；氧气参与电子捕获和持续氧化过程，从而驱动聚合物链中C-H键和C-C键断裂。该方法不引入外加催化剂和有机溶剂，有助于规避催化剂设计、分离、再生和中毒等难题。
图 聚乙烯无外加催化剂氧化转化制二元酸的反应历程与机制示意。a，微液滴表面聚乙烯自发氧化生成二元酸的机制示意；b，聚乙烯氧化体系与额外加入1% H2O2体系的产物收率比较；c、d，H216O和H218O体系中生成丁二酸酯化产物的GC-MS分析。
以聚乙烯为模型底物，研究团队在125 ℃、2 MPa氧气条件下实现聚乙烯完全转化，饱和二元酸碳收率达69.6%，其中丁二酸占二元酸总量的58.4%。通过电子顺磁共振、显色反应、质谱检测、同位素标记、自由基淬灭以及微量金属排查等实验证明，该过程主要由微液滴界面原位生成的羟基自由基介导，且不同于传统液相烷烃氧气氧化路径。
该策略对真实废塑料表现出较好的适应性。消费级PE手套、LDPE塑料袋、HDPE瓶盖及其混合物均可实现完全转化，二元酸产率超过60 wt%。该方法还可拓展至超高分子量聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、废轮胎和多层包装膜等复杂原料，并对常见添加剂、无机杂质以及自来水、海水等水源表现出较强兼容性。团队进一步在5升反应器中完成300克级聚乙烯放大实验，实现89%转化，饱和二元酸产率超过52%。
技术经济分析和生命周期评价显示，该路线具有进一步放大的潜力。在概念化年处理6万吨聚乙烯装置模型中，工艺具备较好的经济可行性；生命周期评价表明，该氧化升级路线的温室气体排放为-0.30 kg CO2-eq/kg塑料，优于焚烧和填埋，并接近机械回收水平。研究为复杂废塑料绿色高值化利用提供了新思路，也将微液滴界面化学从小分子反应拓展到高分子废弃物转化和工程放大场景，对发展低碳化学制造和循环经济具有重要意义。