近日，我院陈凯杰教授团队许振教授、潘富平教授在Nature Communications期刊在线发表题为《Fractionated degradation and valorization of polypropylene waste into sulfonate surfactants》的研究论文。
要实现从“白色污染”到“高值化学品”的转变，关键在于精准控制塑料高分子链的断裂过程。本研究提出了一种分级降解反应体系。具体利用了不同长度烃链汽化所需潜热的差异，在反应中建立多级气液平衡，从而实现聚丙烯（PP）向碳数为 C6–C15 和 C15–C28 的 α-烯烃的选择性断裂（图1），获得了比传统方法更窄、更可控的产物分布。
为更准确衡量产物分布的集中程度，团队首次引入“矫正方差”（CV = σ2/ C#n）这一统计参数，取代高分子化学中常用的 PDI，以更好区分不同分子量区间的分布差异。实验与模拟结果显示，馏分温度与碳数近似呈线性关系（图3），而通过气液平衡与再降解机制，馏分数量逐步使链长分布变窄（图3）。采用三级分反应器，成功将 α-烯烃的 CV 控制在 0.6 以下，其分布明显优于低馏分数反应器及已有文献报道的结果。
随后，研究团队将聚烯烃塑料裂解产生的链烃进一步合成为表面活性剂，并完成了标准性能测试、工艺设计及保守的经济性评估（图4和图5）。所得产品在发泡、去污及自然水体生物降解等性能上均达到甚至超越了商用表面活性剂。该工艺在经济与环境效益方面也显著优于传统技术（图5）。这表明，通过对反应器热化学过程的精确调控与反应路径的设计，能够在满足减碳目标的同时，实现废塑料的高价值转化与对石油基产品的替代。
本研究从反应器工程的热力学原理出发，提出了一套系统调控聚烯烃降解产物链长分布的方法，突破了传统随机断链的局限，为塑料废弃物的定向转化与高值回收提供了新的调控思路。
论文第一作者兼共同通讯作者为许振教授，共同第一作者包括学院2024级硕士研究生张洋和同济大学王韬教授，共同通讯作者为潘富平教授和山东师范大学张其坤教授。研究获得了友好企业无偿资助，以及我校（海外）翱翔人才计划、国家自然科学基金等多项目支持。
论文信息：
Zhen Xu,* Yang Zhang, Tao Wang, Rong Yang, Hao Sun, Meiling Chen, Feng Liu, Jianjun Xu, Kai-Jie Chen, Qikun Zhang,* Fuping Pan*. Fractionated degradation and valorization of polypropylene waste into sulfonate surfactants. Nature communications, 2025, 10.1038/s41467-025-66592-0.
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-66592-0
图1 反应器分级降解的示意图
图2 分级降解反应器的产物分布以及不同方法的产物分布参数对比
图3 塔板温度分布，模拟结果验证与废塑料的分解反应
图4 分解产物升级后表面活性剂的性能表征
图5 分级分解反应与升级工艺设计和经济学分析
撰稿：许振
审核：陈凯杰
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