PET塑料作为最重要的聚合物材料之一是包装行业中第三大常用塑料。2020年，PET塑料全球产能高达7000万吨。然而PET在产量巨大的同时，回收率仍然不高。根据生命周期评价，除42%的PET瓶实现回收利用，其余均被焚烧或填埋。此类低值化处理方式导致PET流入环境中对水体、土壤、大气造成污染，威胁人类健康。因此PET的有效处置是亟待解决的问题。PET塑料回收可分为初级回收、机械回收、化学回收和能量回收。

  PET的化学回收从源头上避免材料和机械性能损失被认为是最具潜力回收方式。碱性水解因反应条件温及解聚彻底性已被证明较有商业前景和实用价值。目前已经开发出很多均相及非均相催化解聚体系，但在水溶液中探索一种合理的PET碱性水解催化体系仍具有挑战性：非均相碱性催化体系不容易从TPA中分离，而均相碱性催化体系难以从乙二醇水溶液中分离。寻找一种无需分离且产量大、成本低的碱性催化体系具有重要意义。

图1 废PET和废香蕉皮综合处理的高价值工艺方案。

  目前使用的PET碱性水解体系主要包括KOH、NaOH、K₂CO₃、Na₂CO₃等。由于现代农业废弃物的处理是亟需解决的难题，他们关注到香蕉皮作为农业废弃物容易腐烂产生恶臭气体且其中富含的钾元素利用率低。部分文献报道了香蕉皮简单焙烧即可获得碱性物质。此外，香蕉皮资源丰富，和PET水解需求量基本吻合。本课题以废治废，利用富含钾元素的废弃香蕉皮制备低成本碱性催化体系水解PET（图1）。该方法将废PET转变为大宗化学品TPA-M₂（减少分离耗能）；同时利用不同酸酸化后的剩余盐类与EG混合可直接用作冷冻盐水或微生物碳源、钾源等各种商业用途。此外，本研究提供了一种农业废弃物协同废塑料转化的新思路，为一些旅游业和香蕉工业发达的热带海岛等特定地区带去循环经济新参考。（图2）

图2 热带和亚热带岛屿上PET和香蕉皮废弃物的协同高价值处理

  在筛选出最优香蕉皮催化剂后，通过改变温度和时间梯度以及液固比（l/s），筛选出最适反应条件为150℃，4h，l/s=12.5。选取PET最简模型化合物BHET，采用DFT理论计算研究反应过程，发现整个反应经历四个过渡态（图3），其中过渡态Ⅱ的形成为整个反应的限速步骤。选取双苯环PET模型化合物研究酯键解聚路径，分别计算OH^-进攻端位酯键和内部酯键的活化能大小（图7），结果表明，端位酯键水解的活化能与内部酯键水解活化能相接近，证明OH^-解聚PET为随机解聚模式。

图3 BHET碱性水解的相对吉布斯自由能谱

图4 (a) OH-进攻2-(苯甲氧基)乙基(2-羟乙基)对苯二甲酸酯外、内酯键的相对吉布斯自由能曲线。(黑色:外酯键裂解的反应途径;红色:内酯键断裂的反应途径);(b) PET模型化合物(2-(苯甲酰氧基)乙基(2-羟乙基)对苯二甲酸酯)的两种解聚机理图。

本研究结论分为三部分：

  (1)香蕉皮提取物BPE在150℃，4h下能完全水解PET，是一种优良的碱性催化体系。 

  (2)通过动力学实验发现，BPE催化的PET碱性水解遵循一级反应机理；结合DFT计算发现PET解聚遵循随机解聚机制，对于后续定向调控解聚过程具有指导作用。

  (3)对实际PET饮料瓶具有良好的解聚效果提供了一种利用农业废弃物协同废塑料转化的新思路，环境友好，在特定地区具有较广阔的市场应用前景。

创新点：

  “以废治废”，香蕉皮耦合废PET解聚，开辟新的钾源，规避乙二醇纯化成本难题，找到产品新出口。

  原文链接：

  Green recycling of waste PET plastic monomers by banana peel extract

  Binghui Yan, Shaoyu Zhang, Minghao Zhang, Yunkai Yu, Tianheng Qin, Lepeng Tang, Yu Liu, Weixiang Wu, Qingqing Mei

  https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.145697