康奈尔大学的研究人员发现了一条新的聚苯乙烯废物途径，包括通过使用光、富氧环境和丰富的铁基催化剂的温和工艺，将其升级为苯甲酸，这是一种具有广泛商业需求的化学品， 反应甚至可以在阳光充足的窗户中发生。

新工艺温和、气候友好且可扩展到商业废物流。它有效地生产苯甲酸，这是一种储存在本科和高中化学实验室的产品，用于香料、食品防腐剂和其他无处不在的产品。此外，该工艺可以容忍消费废物流中固有的添加剂，包括污垢、染料和其他类型的塑料。

聚苯乙烯 (PS) 塑料在形式、用途和质地上千差万别——从轻质、透气的聚苯乙烯泡沫塑料到硬质 CD 盒，以及介于两者之间的多种形式。康奈尔大学助理教授 Erin Stache 说，所有这些产品的化学成分都相似。不同之处在于它们的处理方式。聚苯乙烯泡沫塑料或聚苯乙烯泡沫塑料充满空气，就像蛋白酥皮一样，而硬塑料 CD 盒则是实心聚苯乙烯。

打破复杂的结构

在分子水平上，聚合物（塑料）由数百个称为单体的小分子通过复杂的过程组装成长分子链组成，分解聚合物可能同样复杂。Stache 说。

研究人员发现，优化的条件需要丙酮中的 PS 样品在富氧环境中暴露在 LED 灯下，使用氯化铁催化剂 20 小时。在优化过程中，PS 分解为 23% 的苯甲酸。其他产品包括可以以其他方式重新利用的更小的塑料分子。

去年夏天，Stache 的实验室在阳光明媚的窗户里进行了一些降解实验；在常年阳光强烈的地方，反应可以在户外进行。

Stache 说，使用光的优点是您可以根据我们开发的一些催化剂来控制化学过程，以利用白光。如果我们可以使用阳光来驱动这一过程，那将是双赢的。同时并指出许多现有的聚合物回收需要加热聚合物进行熔化和加工，这通常需要化石燃料。

为了测试该工艺对与 PS 塑料混合的其他材料的耐受性，研究人员使用了几种产品，从包装材料到咖啡杯盖。

他们发现三种物品——白咖啡杯盖、聚苯乙烯泡沫塑料和透明盖可以有效降解。Stache 说，黑色咖啡杯盖的降解效率较低，可能是因为黑色染料抑制了光线穿透。

这些结果表明我们的系统可以有效地分解 PS 的商业样品，即使使用额外的复合材料和不溶性材料。Stache 说。

为了展示可扩展性和潜在的商业应用，研究人员在 3D 打印的光反应器中创建了一个带有两个注射泵和两个 LED 灯的装置。大规模分解过程的效率与小批量分解过程的效率相似。

如果我们可以使流程更加高效，我们可以考虑如何将其商业化并使用它来解决废物流。Stache 说。

这项研究得到了美国国家科学基金会的部分支持。