通过电化学方法将废旧聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）升级转化为可生物降解的聚乙醇酸（PGA）是缓解塑料污染的一种前途广阔的解决方案。然而，在流动电解过程中，目标乙醇酸（GA）产物的低电流密度和繁琐的分离过程阻碍了工业规模的应用。

 

2025年5月13日，中国科学院理化技术研究所陈勇、石睿、刘福来团队在Nature Communications期刊发表题为“Scale-up upcycling of waste polyethylene terephthalate plastics to biodegradable polyglycolic acid plastics”的研究论文，团队成员王宇翔、刘福来为论文共同第一作者，石睿、陈勇为论文共同通讯作者。

 

该研究展示了一种界面酸碱微环境调节策略，利用Pd-CoCr₂O₄催化剂将PET衍生的乙二醇（EG）高效氧化成GA。具体来说，仅需要1.25 V的电池电压就可以提供约290 mA cm^-2的电流密度。此外，研究人员还开发了一种绿色分离方法，以获得高纯度的GA（99%）。研究人员采用20 kg废PET进行中试（堆式电解槽：324 cm²× 5），在280 mA cm^-2（电流：90.72 A）下，GA选择性为93.0%，产率为0.32 kg h^-1。聚合后，PGA产率可达87%，证明了该技术从废PET中大规模生产PGA的潜力。

 

由废弃PET放大合成PGA的示意图

 

核心创新点

Pd-CoCr₂O₄协同催化剂的开发：设计并制备了Pd-CoCr₂O₄协同催化剂，其中Pd作为活性位点，CoCr₂O₄通过调节界面酸碱微环境增强OH^-的扩散和富集。Cr³⁺作为硬路易斯酸，加速了OH^-向阳极表面的扩散，而Co的引入促进了OH^-在Pd表面形成活性*OH物质，显著提高了催化活性和稳定性。

 

高效的EG氧化合成GA过程：通过优化电解合成工艺，实现了从PET衍生的乙二醇（EG）高效氧化合成乳酸（GA）。在流电池系统中，仅需1.25 V的电池电压即可实现约290 mA cm^–2的电流密度，且GA选择性超过94.5%。

 

绿色分离方法的开发：开发了一种无需中和的绿色分离方法，通过真空蒸馏和循环提取等步骤，实现了高纯度（>99%）GA的分离和回收，同时实现了EG和NaOH的循环利用，显著降低了生产成本。

 

半工业化规模验证：通过连续流电解堆（324 cm²×5）的半工业化规模实验，成功实现了从20 kg废弃PET到PGA的合成。在280 mA cm^–2的电流密度下，GA的产率达到0.32 kg h^–1，选择性为93.0%，PGA的最终产率达到87%，证明了该技术在大规模生产中的可行性。

 

成本效益分析：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。

 

a) 传统工业生产路线；b) 电化学路线

 

这项研究成果在塑料污染治理与可降解塑料生产领域具有重要启示。一方面，为废旧 PET 塑料的高附加值回收利用提供了创新且可行的途径，通过电化学方法将其转化为生物可降解的 PGA 塑料，不仅能有效减少难以降解的 PET 塑料对环境的长期危害，还能缓解对传统不可降解塑料的依赖，推动塑料产业向可持续方向发展。另一方面，所开发的 Pd-CoCr₂O₄ 催化剂及相应工艺，解决了以往电化学转化 PET 过程中电流密度低、产物分离复杂等问题，实现了高效、稳定且经济的转化过程，为相关技术的工业化应用奠定了坚实基础，有望进一步促进绿色化学技术在塑料循环利用领域的广泛应用，助力全球环境问题的改善以及塑料行业的绿色转型。