超分子溶剂：塑料回收去污新路径

近日，国家食品接触材料检测重点实验室（广东，IQTC)在JCR一区英文期刊《Food Packaging and Shelf Life》（IF = 10.6）发表SCI论文，首次将超分子溶剂去污技术应用于物理回收的再生对苯二甲酸乙二醇酯（rPET）去污工艺，建立了一种高效、温和、广谱的深度去污新方法，为回收塑料高值化应用提供一种新的去污路径。

该论文题目为“Potential of supramolecular solvent-based extraction for decontamination of volatile organic compounds in mechanically recycled polyethylene terephthalate”，梁进欣和张天龙为共同一作，董犇博士为通讯作者，该研究获得国家自然科学基金面上项目（42477528）及国家重点研发计划（2022YFF0607202）资助。

研究背景

PET是目前物理回收(也称“机械回收”)技术应用最为成熟的一种热塑性塑料，国内已大量应用于从PET瓶到聚酯纤维的降级回收再利用；少部分深度去污后的rPET可用于从瓶到瓶的同级回收再利用。

在物理回收工艺中，传统的水洗工艺去污效率偏低且去污效果不稳定，即使加入表面活性剂等助剂，仍难以彻底去除顽固污染物，制约了rPET的同级再利用。有机溶剂萃取法虽能获得较好的去污效果，但成本高，对环境有潜在污染，难以工业化推广，目前多停留于实验室阶段。

超分子溶剂(SUPRASs)是一种由两亲性分子（如表面活性剂、脂肪酸等）通过非共价相互作用（如氢键、π-π堆积、疏水作用等）自组装形成的具有有序纳米结构的溶剂体系。超分子溶剂萃取具有环境友好、安全、宽极性、易获取、成本低等优势，适用于复杂基质中不同极性范围目标物的萃取，已被成功应用于食品、环境和生物等样品的前处理。因此本研究将超分子溶剂作为rPET的去污手段进行研究。

研究内容

研究团队制备出多种基于不同醇类的超分子溶剂，研究其对人工污染后的PET的去污效果，考察不同超分子溶剂体系、同一超分子溶剂体系中各组分配比、萃取时间等重要参数对PET中挥发性有机物(VOCs)去除效率的影响。将优化后 SUPRASs 萃取方法应用于真实的 rPET 样品，结合化学计量学分析，系统性评估了SUPRASs从rPET中去除VOCs的效果。

SUPRASs萃取方法的参数优化

通过参数优化，发现SUPRASs萃取的最佳条件为：超分子溶剂体系组成为壬醇 : 四氢呋喃=1:5(v/v)，每0.5 g PET加入3 mL超分子溶剂，常温下超声萃取40 min。

图1：清洁效率的影响因素

（A：烷基醇类型；B：烷基醇用量；C：四氢呋喃用量；D：超声提取时间）

不同溶剂萃取效果的比较

分别比较传统碱洗、二氯甲烷、乙酸乙酯、丙酮和正己烷萃取，以SUPRASs萃取对人工污染后的PET的去污效果。结果发现，对于同一样品，SUPRASs 萃取的去污效率可高达95%，而传统NaOH碱洗法的去污效率仅为39%～75%。

图2：不同去污工艺对人工污染PET的去污效率比较

真实rPET样品的去污效果验证

采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术（HS-SPME GC-MS）对原生PET(vPET)、rPET 和经过SUPRASs萃取后的PET（ePET）中的VOCs进行分析，结果在vPET、rPET 和ePET中 分别鉴定出32、38和45种VOCs。在这些鉴别出的VOCs中，ePET有18种VOCs浓度值下降，其中12种VOCs(包括苯酚、苯乙烯、2,4-二叔丁酚，等)去除效果显著。研究表明SUPRASs对VOCs具有优异的去除效果。

图3：(a)vPET、rPET和ePET中鉴定化合物的维恩图；(b)经SUPRAS萃取后VOCs浓度下降与变化幅度较小之间的数量对比；(c) rPET与ePET之间显著差异的VOCs浓度比较。

此外，运用化学计量学进行进一步统计分析后发现， SUPRASs不仅有效去除了rPET 中的VOCs，而且还使得ePET 中有5种关键VOCs的浓度显著低于vPET，表明SUPRASs不仅能深度脱除ePET中的污染物，更有实现rPET洁净度优于vPET的潜力。

结论

本研究中SUPRASs对人工污染PET的去污效果高达95%以上，对真实rPET样品也表现出优异的去污性能。由于SUPRASs本身不易燃、成本低，去污效果好，有望能降低rPET的固相增粘后续工艺中真空度与热处理时长要求，大幅节约能耗，为回收塑料的去污工艺提供了一种可行的新思路。