【儀表網 研發快訊】生物可降解塑料的大規模推廣應用是解決塑料污染問題的關鍵突破口。作為一類兼具優異生物降解性和生物相容性的聚酯材料，聚乙醇酸(polyglycolic acid, PGA)在包裝材料、農業生產、醫療器械、油氣開采等領域展現出廣闊的應用前景。據測算，我國PGA市場需求未來將達到百萬噸級規模。然而，PGA的主流制備工藝面臨重大挑戰：其單體原料乙醇酸的傳統合成路線依賴高毒性前驅體(如氯乙酸或氫氰酸)，存在安全風險且難以規模化生產。同時，乙醇酸合成過程中的產物分解和高能耗問題進一步推高了生產成本，使得乙醇酸合成成為制約PGA產業發展的關鍵瓶頸。截至2024年，我國乙醇酸年產能不足5萬噸，與百萬噸級市場需求存在巨大缺口，開發綠色、經濟的合成路線迫在眉睫。
針對這一重大需求，中國科學院理化技術研究所陳勇研究員團隊發展了新的電合成策略，利用廢棄PET塑料作為起始原料，成功實現了乙醇酸的克級制備(Angew. Chem. Int. Ed.2023, 62, e202300094；Green Chem., 2023, 25, 5872；Adv. Energy Mater.2024, 14, 2304065;Angew. Chem. Int. Ed.2025, e202422183)。為推進該技術產業化，實現從廢棄塑料PET到可降解塑料PGA的全流程轉化，團隊系統分析了電催化重整PET制備PGA過程中的兩大核心難題：(I)乙二醇制備乙醇酸的時空產率低；(II)乙醇酸晶體的分離提純成本高。
圍繞這兩大關鍵技術問題，團隊近期研制出強Lewis酸(CoCr2O4)負載的鈀催化劑，通過強Lewis酸促進反應體系中OH–的快速遷移，大幅提升乙二醇制備乙醇酸的時空產率；發展了新的蒸餾醇析工藝，不僅實現了高純度乙醇酸晶體的高效分離，同時完成了堿液/乙二醇循環利用和副產物回收。基于這些技術創新，團隊自主設計500 W級電堆系統，成功完成20公斤級廢棄PET至PGA的全流程放大實驗。經濟技術分析結果表明，基于電催化重整路線制備的PGA成本約為1240.12 美元/噸，已接近通用聚烯烴塑料的成本區間，為該技術產業化奠定了堅實基礎。
該成果以Scale-up upcycling of waste polyethylene terephthalate plastics to biodegradable polyglycolic acid plastics為題目發表在Nature Communications期刊，論文的通訊作者為理化技術研究所陳勇研究員和石睿副研究員，共同第一作者為博士生王宇翔和劉福來副研究員。研究工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金委、中國科學院-香港大學新材料聯合實驗室基金等資助項目的資助。
廢棄塑料PET轉化為生物可降解塑料PGA的過程示意圖
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