自工業(yè)革命以來，人類大量使用煤、石油、天然氣等化石能源，獲得電能、塑料和農藥等社會發(fā)展所必需的能源和物資。但人類在滿足自身需求的同時卻產生大量的廢棄物，嚴重破壞自然界自身的“碳循環(huán)”平衡，進而引發(fā)氣候變暖、生態(tài)破壞等一系列環(huán)境問題。其中，塑料的廣泛使用和大規(guī)模遺棄也使其成為全球性環(huán)境治理難題之一。每年全球新增塑料制品產量超過4億噸，具有強度高，穩(wěn)定性好的優(yōu)點，但在廢棄后卻因具有耐久性強、難降解的特性，長期滯留于自然環(huán)境中，造成嚴重“白色污染”。

同時，海洋塑料垃圾、微塑料顆粒、堆填場滲濾液等二次污染問題日益嚴重，威脅生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定與人類健康安全。根據(jù)聯(lián)合國環(huán)境署預測，若無有效干預，至2040年全球環(huán)境中的塑料廢棄物總量將翻倍增長。如何破解復雜塑料廢棄物回收利用難題，已成為實現(xiàn)綠色低碳發(fā)展和“雙碳”目標的重要課題。

目前，在社會可持續(xù)發(fā)展的目標驅動下，由傳統(tǒng)化石資源轉化產生的廢棄塑料，也不應該再以廢棄物、污染物的形式遺棄在自然環(huán)境之中，而應作為重要碳資源加以利用。另一方面，塑料分子結構中存在高度有序的碳氫結構，我們應將塑料廢棄物視為有價值的碳資源，可以通過保留一部分廢塑料分子的碳-碳骨架，從完成了生命周期的廢塑料中生產有用的化學品或燃料。通過這樣的升級轉化，不僅能夠緩解廢塑料造成的環(huán)境問題，還能高效利用廢塑料中的含碳氫資源，邁向真正的循環(huán)經濟。

當前，塑料廢棄物回收技術主要包括物理回收、熱能回收及化學轉化回收三類。其中化學轉化回收雖具有回收廢塑料中所有化學元素，并加以高值化的巨大潛力，但大多數(shù)當前正在研發(fā)的化學回收路線僅適用于特定的塑料結構。當化學轉化回收過程遇到真實混合廢塑料時，往往受限于真實混合廢塑料成分復雜、性質差異顯著，而缺乏通用性強、過程可控的轉化路徑，目前只在少數(shù)塑料制品完成了回收轉化過程。

在科學研究層面，塑料聚合物盡管種類繁多，但其化學結構存在官能團差異和分子構型異質性，這為正交分級解聚和定向轉化提供了可能。過去，受限于表征手段與轉化策略不足，難以實現(xiàn)對復雜混合廢棄物中多官能團的精準識別與選擇性轉化。如何打破這一技術瓶頸，發(fā)展兼具普適性、高效性與經濟性的廢棄碳資源化轉化策略，是當前循環(huán)經濟的重要方向。

在這一背景下，《自然》（Nature）雜志近日刊發(fā)了首篇關于真實混合廢塑料高值化轉化的研究成果。北京大學馬丁教授團隊領銜開發(fā)出核磁共振識別下的真實混合廢塑料正交轉化策略，實現(xiàn)了面向真實生活混合塑料廢棄物的高效、高值化學品定向升值轉化。該策略以固態(tài)核磁共振的二維技術精準識別混合塑料中的酯鍵、芳香環(huán)、氯代烷烴、烷基鏈等關鍵官能團分布，進而針對性設計正交化學反應路徑，依托溶劑萃取、光催化氧化、催化胺化、皂化、脫氫偶聯(lián)及加氫裂解等多步驟有機整合，逐級分離轉化，最終聯(lián)產多類高值化學品。

研究團隊從模型體系出發(fā)，設計了完備的識別和轉化路線。繼而以20克來自人類生活的真實混合塑料廢棄物樣品為例，成功將聚苯乙烯、聚乳酸、聚氨酯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、PET、聚烯烴等多類塑料，正交分級轉化獲得苯甲酸（1.3g）、鄰苯二甲酸酯（0.5g）、丙氨酸（0.7g）、乳酸（0.7g）、芳香胺鹽（1.4g）、雙酚A（2.0g）、對苯二甲酸（2.0g）及 C3-6 烷烴（3.5g）等多種高值化學品。其中，多項產物為重要化工原料及醫(yī)藥中間體，經濟附加值遠超常規(guī)熱裂解所得的低值氣體與燃油產品，大幅提升廢棄塑料資源化的經濟性與環(huán)境效益。

該方法普適性強，適配多種真實廢棄物樣本。進一步研究顯示，該策略對來自日常生活、石化企業(yè)、汽車維修、紡織工業(yè)等不同來源的包含印刷顏料、染色劑、增塑劑、生物質等雜質的各種復雜真實塑料廢棄物樣品同樣適用。核磁共振可快速識別不同樣本中主要官能團結構，然后設計正交轉化路徑，靈活調整反應路線，高效聯(lián)產高值化學品。驗證結果表明，該策略具有良好的普適適配性與應用推廣潛力。

本項研究突破了長期困擾混合塑料廢棄物高值化回收的技術瓶頸，提出了官能團識別+目標產物定向+正交反應路徑設計的整體耦合方案，為復雜塑料廢棄物回收利用提供了全新范式。未來，團隊將圍繞正交轉化策略，系統(tǒng)評估工藝能耗、碳排放、回收效率及生命周期環(huán)境效應，持續(xù)優(yōu)化工藝體系，助力塑料資源化技術向高值化、低碳化、循環(huán)化方向升級，切實服務國家雙碳戰(zhàn)略與全球可持續(xù)發(fā)展目標。

“我們希望通過這一技術，不僅推動學術前沿研究，更要為全球塑料污染治理和‘雙碳’目標實現(xiàn)，提供具備現(xiàn)實產業(yè)價值的解決方案。” —— 馬丁教授團隊表示。

Nature同期發(fā)文評論 “該成果是應對全球年產巨量塑料問題的重要進展。”

該論文第一作者為北京大學特聘副研究員張梅琦和中科院大連化物所博士后周易達。論文通迅作者為北京大學馬丁教授，王蒙副研究員，中科院大連化物所徐舒濤研究員。該研究工作獲得國家自然科學基金、北京市重點基金、騰訊基金會科學探索獎、新基石研究員項目、北京分子科學國家研究中心等資助。

原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41586-025-09088-7