固體廢棄物(如廢棄塑料)處理是當(dāng)今社會面臨的重要問題，華中科技大學(xué)和中科院長春應(yīng)化所研究人員在該領(lǐng)域的研究日前獲得重要進(jìn)展。他們提出了組合催化、活性模板碳化和快速碳化等策略，實現(xiàn)了廢棄塑料的可控碳化。

聚丙烯屬于非成碳的塑料，可控碳化時包括兩個步驟，第一步是在降解催化劑作用下聚丙烯選擇性降解生成易于成碳的小分子產(chǎn)物比如小分子碳?xì)浠衔锖头紵N化合物，第二步是這些降解產(chǎn)物在成碳催化劑作用下的碳化，生成碳納米管、石墨烯等碳材料。

研究團隊發(fā)現(xiàn)，微量的聚離子液體與NiO的組合催化可以高效催化廢棄聚丙烯的可控碳化，而調(diào)控聚離子液體的種類可以制備不同形貌的碳材料，包括碳納米纖維或者碳納米管。他們進(jìn)一步通過掃描電鏡和投射電鏡發(fā)現(xiàn)，加入含氯或者含溴的聚離子液體，易于生成較短較粗的碳納米纖維;而加入含碘的聚離子液體，則易于生成較長較細(xì)的碳納米管。這是因為相比于C-Cl鍵和C-Br鍵，C-I鍵穩(wěn)定性較低，易于斷裂生成I自由基，從而高效催化聚丙烯的降解生成小分子碳?xì)浠衔锖头紵N化合物。此外，NiO最后被還原生成梨型的單質(zhì)鎳，鑲嵌在碳管的一端。換言之，廢棄聚丙烯碳化產(chǎn)物無需純化即可一步制備Ni/CNM復(fù)合材料。

據(jù)介紹，目前全球廢棄塑料累計達(dá)63億噸，約90%的廢棄塑料被填埋或積累在自然環(huán)境中，既嚴(yán)重污染環(huán)境，又浪費大量資源，最簡單的廢棄塑料回收方法是機械回收，但得到的混合塑料附加值不高。通過裂解、催化分解等化學(xué)回收方式可以將廢棄塑料轉(zhuǎn)化成單體或者其他有用的化工原料，但產(chǎn)物往往是混合物難以純化。塑料通常含有較高的碳元素，因而將廢棄塑料轉(zhuǎn)化成高附加值的碳材料不僅為廢棄塑料的回收再利用提供新途徑，還可為制備功能性碳材料提供新方法。