聚乳酸PLA的回收循环技术盘点

随着各国碳达峰、碳中和概念的提出，围绕低碳环保，可再生的生物基材料与塑料回收成为市场热点。欧盟、美国颁布的多项政策文件，就提出，在未来将消除原始石油塑料的使用，用再生料和生物基材料进行替代。

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汽车领域，丰田、大众等众多汽车厂家在生物基新材料上布局众多，生物基皮革、生物基尼龙、PLA等植物纤维复合材料是目前前景最大的生物基新型材料。

但与此同时，国外PLA产商道达尔科碧恩与国内安徽丰原在PLA的回收方面也有相应研究，强调，聚乳酸材料在堆肥之余，还能够回收。下面是PLA回收的三个利用案例，直接做再生料，转化为丙交酯化学回收，以及转化为丙氨酸进行高值化利用。

化学循环：聚乳酸-丙交酯-聚乳酸：

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四川大学，聚乳酸的化学闭环循环技术

然而，由于聚乳酸的TC温度较高，很难解聚高回收率回收其聚合单体丙交酯，而且因丙交酯还存在光学异构体，解聚回收高光学纯度的丙交酯单体在国际上一直没有得到解决。

王玉忠院士团队经过长期的基础研究，取得了突破，实现了聚乳酸解聚回收丙交酯的回收率和光学纯度都远高于国际上同类技术已有的最高水平，使聚乳酸集生物基、可循环、易回收和可降解为一身成为现实，成为一种典型的低碳、环保的高分子材料。

四川大学王玉忠院士团队与丰原生物签订“聚乳酸化学闭环循环技术”项目合作协议

9月28日，四川大学与安徽丰原生物技术股份有限公司签订了《四川大学 安徽丰原生物技术股份有限公司“聚乳酸化学闭环循环技术”合作协议书》。根据协议，双方将围绕王玉忠院士团队“聚乳酸的化学闭环循环技术”开展合作，安徽丰原生物技术股份有限公司将投入上亿元经费支持王玉忠院士团队，将这项成果实现产业化。

化学循环：PLA-PLA，聚合物到聚合物：

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中科院青岛所：从聚合物到聚合物，PLA的循环回收

虽然聚乳酸可以在自然界中降解，但该过程通常需要较长时间和特定的降解条件，且其降解产物是二氧化碳与水，无法实现直接快速循环利用。通过化学循环的方式实现聚乳酸的回收利用，提供了废弃聚乳酸后处理的一种有效解决途径。当前研究大多是将废弃聚乳酸转化为乳酸烷基酯，但是通过该过程循环获得高分子量聚乳酸材料，需要将乳酸烷基酯水解成乳酸，预聚成低聚物、二聚成丙交酯，然后聚合获得聚乳酸，成本贵且效率低（图1）。因此，实现直接将废弃聚乳酸材料转化为新聚乳酸材料具有研究价值和应用前景。

图1.聚乳酸循环策略

近期，中国科学院青岛能源研究所研究员王庆刚带领的催化聚合与工程研究组发展出聚合物降解再聚合的升级化学循环新策略（“DE-RE polymerization” strategy），以“聚合物到聚合物”方式实现了聚乳酸废弃物到新聚乳酸材料的循环再利用过程（图2）。该策略反应条件温和，副反应少，减少了完全重新生产聚乳酸的原料消耗，提高了聚乳酸的回收再利用效率。在再聚合过程中，通过加入不同类型单体可以获得性质各异的最终材料。该成果为聚乳酸循环提供了新的解决思路。该策略在化学回收方面有效，并在聚合物的改性和合成方面具有发展前景。

图2.聚乳酸降解再聚合化学循环策略

相关研究成果以A “polymer to polymer” chemical recycling of PLA plastics by “DE-RE polymerization” strategy为题，发表在Macromolecules上，并已经申请发明专利。研究工作得到国家自然科学基金、山东省人才工程基金等的支持。

化学循环：商业化的PLA再生料

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Total Corbion，聚乳酸化学回收商业化

2021年10月，Total Corbion PLA公司（道达尔-科碧恩以下简称“TCP”）推出了世界上第一种商业化的化学回收生物塑料产品。

Luminy?再生聚乳酸牌号拥有与原生Luminy?聚乳酸相同的性能、特点和监管要求，但部分由加工后和消费后聚乳酸废料制成。Total Corbion PLA公司已经在接收和解聚再加工的聚乳酸废料，然后将其提纯并聚合成商业化的Luminy? rPLA。

高值化回收：高效制备丙氨酸

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北京大学，聚乳酸催化胺化制丙氨酸

北京大学马丁/王蒙课题组在国际上首次 道了一种将聚乳酸塑料催化转化为丙氨酸的新过程 。采用Ru/TiO2催化剂，在无外加氢气的条件下，氨水简单加热处理即可实现聚乳酸塑料高效制备丙氨酸（77%收率, 反应温度140度）。

研究表明，PLA在氨水中首先氨解形成乳酰胺，接着乳酰胺水解生成乳酸铵，乳酸铵再进一步在催化剂表面胺化形成丙氨酸 。

同位素示踪实验表明，乳酸铵α-H的活化是反应的重要步骤，且反应遵循脱氢-胺化-再加氢路线 。而金属催化剂对于α-H的活化、后续胺化均起到了关键作用。通过分离-循环可以进一步提高丙氨酸的产率，丙氨酸总体选择性可达94%，纯度超过95%。

使用商业PLA吸管（约含 83% PLA）评估了这种PLA到丙氨酸过程的效率，5.0gPLA吸管经过催化转化可获得3.0g的纯品丙氨酸，并且全过程仅需添加氨水加热即可实现聚乳酸转化，无需外加氢气。

这种在“碳循环”（carbon circulation）的思想指引下将PLA转化为高附加值化学品的新方法具有比自然降解路径更大的优势，并将为其他类型废弃塑料循环转化带来启发。

该研究成果以“Catalytic Amination of Polylactic Acid to Alanine”为题发表于Journal of the American Chemical Society。该研究得到国家自然科学基金、科技部重点研发计划、北京分子科学国家研究中心等的资助。