Rational Design of Chemical Catalysis for Plastic Recycling

Abstract

Plastics are indispensable, but their pollution is triggering a global environmental crisis. Although many end-of-life catalytic options have involved converting plastics into valuable products, a deep understanding of the relationship between polymer structure and recycling performance is significant and urgently needed. Here, we start with a primer of polymeric chain structures on chemical recycling and discuss the structure–performance relationship between the polymer, catalyst, and catalytic reaction. Specifically, the development and challenges of the chemical re/upcycling of waste PET and polyolefins are discussed in-depth. In addition, we also present some prospects for innovations in catalyst synthesis and reaction engineering on the basis of the structure–performance relationship. The discussion ends with a brief perspective on the future of plastic re/upcycling. Overall, intelligent catalysis design is necessary for incentivizing the chemical recycling of plastics and relieving the burden of waste plastics.

Catalytic Upcycling of Plastic Waste into High Value-added Chemicals

“…최근 연구에 따르면 폐플라스틱의 매립 (landfilling, 40%)과 소각 (incineration, 27%)는 적은 폐플라스틱 처리비용이 탓에 현재 가장 널리 사용되고 있다 [5] . 폐플 eq emission index를 가지고 있다 [6] . 폐플라스틱 매립 은 분해에 오랜 시간 (50-600년)이 걸리는 플라스틱의 특성 탓에 지속적으로 매립할 장소가 필요하며, 독성과 유해물질이 토양과 지하수에 스며들 수 있기에 자원 순 환적 (circular)적인 폐플라스틱 처리방식이 아니다.…”

“…폐플라스틱 매립 은 분해에 오랜 시간 (50-600년)이 걸리는 플라스틱의 특성 탓에 지속적으로 매립할 장소가 필요하며, 독성과 유해물질이 토양과 지하수에 스며들 수 있기에 자원 순 환적 (circular)적인 폐플라스틱 처리방식이 아니다. 또 한, 그림 3에서 볼 수 있듯, 순환적이지 않은 방식이기 에 CO 2 -eq emission index가 소각 방식 다음으로 높은 것을 확인할 수 있다 [6] . Adapted with permission from ref [6] 노인수 특 집 하는 방식이다 [7][8][9][10][11][12][13] .…”

“…또 한, 그림 3에서 볼 수 있듯, 순환적이지 않은 방식이기 에 CO 2 -eq emission index가 소각 방식 다음으로 높은 것을 확인할 수 있다 [6] . Adapted with permission from ref [6] 노인수 특 집 하는 방식이다 [7][8][9][10][11][12][13] . 1단계인 열분해 방식은 산소가 없는 inert 환경에서 약 400 ℃ 이상에서 반응이 진행되는데 반해, 2단계인 수소화 반응은 수소 환경에서 약 250-400 ℃에서 진행되는 특성상 2개의 다른 반응시스템이 필요한 특징이 있다 [7][8][9][10][11][12][13] .…”

“…3. CO 2 -equivalent emissions of landfilling, incineration, mechanical, and chemical recycling of plastic waste management.Adapted with permission from ref[6]…”

La(iii)-Catalysed degradation of polyesters to monomersviatransesterifications

“…15 A review of catalytic systems for PET degradation has recently been reported. 16 Research on the transesterification of polyester for degradation has become a significant research focus. The importance to this approach is the catalyst.…”