中国科学家攻克难题：塑料垃圾变身高价值化学品有了 “万能解法”

当我们拎着一袋垃圾走向小区角落的分类桶时，很少会思考：这袋塑料垃圾的 “后半生” 将走向何方？是被回收利用？被焚烧处理？被填埋地下？还是悄无声息地流入江河湖海，最终变成太平洋上的塑料碎片，随波逐流，漂洋万里？
据估算，上世纪 50 年代塑料制品尚未普及，全球每年塑料产量约 200 万吨；而如今，全球每年塑料产量已超 4.5 亿吨 [1]。其中约一半是一次性塑料制品，近 2 亿吨在短暂使用后便被丢弃到自然界 —— 土地、江河、海洋中。它们以超乎寻常的稳定性存在，时长可达上百年甚至上千年。
人类发明了塑料，如今却正被塑料 “反噬”。

既要永恒，又可挥之而去

人类对塑料制品总有种不切实际的期待：使用时希望它足够耐用，仿佛能从商周用到上周依然完好；丢弃后又盼它快速降解，不在环境中留下丝毫痕迹。这如同对爱情的要求：在一起时 “海枯石烂”，分开后却希望对方 “飘然而去”。
塑料制品诞生初期，科学家全力提升其耐用性。如今，聚乙烯（PE）保鲜膜、聚丙烯（PP）塑料杯、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）有机玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）制品、聚四氟乙烯（PTFE）不粘锅、聚氯乙烯（PVC）灯牌等，已成为材料世界的中坚。这些材料性质各异、十分耐用，却也大多难以降解。
人们对塑料的消耗巨大，平均每人每年消耗 28 公斤塑料，其中 1/3 会流入环境，成为污染物。

用可降解高分子代替现有材料

为解决塑料垃圾的环境问题，科学家开始研究可环境降解的高分子材料：在微生物、酶、阳光和水的作用下，自动分解为水和二氧化碳，悄然回归自然。这并非科幻。
事实上，已有不少材料实现了这一点。比如近年来广泛使用的聚乳酸（PLA）外卖盒、吸管、购物袋。这种吸管虽口感欠佳，多吸几口就会裂开，但确实比原有聚丙烯（PP）吸管更环保。

传统塑料怎么办？还能 “抢救” 吗？

再激进的材料革命，也无法一夜之间替代全球数十亿吨塑料库存 —— 更何况这些可降解塑料往往价格更高，强度却不及传统塑料。如何处理已存在、正生产、每天都在丢弃的传统塑料，是更棘手且现实的问题。
材料科学家试图从分子结构上解决。
例如，有团队在聚乙烯主链中选择性引入酮基结构，使其在保留机械强度的同时具备光降解性。太阳光能让它在使用后自动分解 [5]。这意味着，未来我们使用的包装袋、农膜或许无需回收，阳光就是最好的 “处理厂”。
还有更先进的思路：设计可循环塑料。科学家通过构建特殊五元环结构（如戊内酯），让这些聚合物在特定条件下分解为原始单体，再重新聚合 [6]。如此，一个矿泉水瓶能变回 “原材料”，再制成新瓶子，实现真正的 “循环永生”。 对于已广泛使用的 PET 矿泉水瓶，2005 年研究者发现一种叫 cutinase（角质酶）的蛋白，可切断 PET 塑料（可乐瓶主要成分）的分子链；2022 年，有研究利用人工智能预测突变位点，对这些酶进行生物工程改造，能将 PET 降解为其原材料 —— 对苯二甲酸和乙二醇 [7]。这样，阿姨收走的矿泉水瓶，很快能再生为新饮料瓶，重新回到我们手中。

化学与生物学，联手出击

现实中的塑料往往是混合、染色、复合的，这让回收更困难。对此，有研究提出巧妙策略：先用化学手段打碎聚合物骨架，再用生物手段 “啃食” 降解产物。这种 “化生协同” 工艺可处理原本难以回收的塑料混合物，转化为可再利用的小分子中间体 [8]。就像先剪开一团乱麻，再一点点拆线、理顺。看似复杂，却可能是破解塑料问题的现实路径。

复杂塑料，也能 “各得其所”

尽管塑料处理技术不断进步，但现实中的塑料往往更复杂。面对混合、染色、多层复合、添加各种添加剂的塑料垃圾，人们有时束手无策。不过 2025 年 6 月，中国科学家在《Nature》发表论文，给出了鼓舞人心的答案。他们提出 “面向产物” 的策略，将现实中多种塑料混合物逐一破解，成功转化为 8 种以上高价值化学品。这项工作做了三件看似简单、实则极难的事：

1. 识别功能基团
   利用二维固态核磁共振（2D FSLG-HETCOR NMR）技术，识别塑料中各类官能团 —— 酯基、芳香环、氯取代、碳骨架等，为下一步反应设计提供物质组成参考。
2. 按组 “拆解” 塑料
   不同种类塑料化学反应活性不同，团队利用这种 “正交性”，为每类组分设定独立反应路径：

• 聚苯乙烯→光催化氧化→苯甲酸
• 聚乳酸→氨解 + 加氢胺化→丙氨酸
• 聚碳酸酯→解聚 + 醇解→双酚 A
• PET→皂化 + 催化偶联→对苯二甲酸 + 乳酸
• 聚烯烃（PE、PP）→加氢裂解→C3–C6 烷烃

3. 处理真实塑料垃圾
   除验证试剂级塑料样品的可行性，研究人员还对包含泡沫饭盒、PLA 吸管、PVC 塑料袋、PET 水瓶、PP 滴管等生活垃圾进行整体处理。在 20 克混合样本中，共获得 1.3 克苯甲酸、2.0 克对苯二甲酸、2.1 克双酚 A 等 8 类化合物，实现了真正的 “垃圾资源化”。

这项研究不仅提供了理论方法，更是可操作的流程框架 —— 即便面对最复杂的塑料废物，我们依然能科学、有序、在分子层级加以处理，而非简单焚烧、填埋或忽略。
塑料的命运不止于一次使用，它可以拥有 “第二次生命”—— 甚至更有价值的一生。