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【材料】Angew：从废弃PET塑料到高价值锂电池负极材料

时间：2023-11-09 来源： 浏览：

【材料】Angew：从废弃PET塑料到高价值锂电池负极材料

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聚对苯二甲酸乙二醇酯 （PET）广泛应用在日常生活中的一次性包装材料，2021年的年产量规模约为80.9万吨，但只有少部分（约30%）废弃PET被回收利用。许多研究致力于通过单体回收来实现PET闭合循环，或将其升级再造为具有更高价值的产品。
PET塑料与对苯二甲酸钙（CaTP）含有共同的骨架成分对苯二甲酸（TPA），因此在PET酶法解聚的最佳反应温度（70 °C）下，通过添加二价金属离子（如钙）提高PET解聚酶的热稳定性，钙离子进一步结合对苯二甲酸离子形成不溶产物对苯二甲酸钙（CaTP）。围绕这一想法， 南京工业大学姜岷 团队与德国 格赖夫斯瓦尔德大学Uwe T. Bornscheuer 团队通过创新合作与学科交叉取得重要进展，两个团队青年教师 董维亮 教授和 韦韧 博士为共同通讯作者， 薛瑞 博士为第一作者，本研究在锂电池工作方面得到了格瓦大学Uwe Schröde教授和南京工业大学能源学院张翼副教授的支持和指导。

作者为了提高PET解聚过程中的CaTP产率，优化了包括温度、初始底物浓度和初始钙离子浓度的水解参数。并对CaTP的形貌、化学成分和热稳定性进行了表征。作者发现 在高浓度钙离子添加的条件下，PET解聚产生的产物全部为CaTP ，几乎没有可溶性对苯二甲酸盐产物。最优结果显示，通过添加1 M的 C a 2+ 在80℃下反应12 h后成功地将~84%的废PET (200 g L -1 ) 转化为对苯二甲酸钙水合物(CaTP•3 H 2 O)。

作者通过经济学分析（TEA）比较了离子交换法和一锅法生产CaTP的经济效益，结果显示一锅法生产CaTP在最小售价和年花费总额方面均具有优势。 CaTP通过简单的方法纯化后用作锂电池的负极原料 ，其初始可逆比容量为164.2 mAh  g -1 ，充放电100圈循环后的容量为136.3 mAh g -1 (83%)。

综上所述，作者通过外源添加 C a 2+ 调控PET的解聚过程，实现可解除产物反馈抑制，减少解聚过程中维持pH的碱使用，简化产物分离步骤的一锅法生产CaTP方案，将CaTP作为负极材料应用到锂电池的制备，其充放电循环100圈性能可与商业化锂电池（LiFeP O 4 /C）的负极材料相媲美。
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
Enzymatic Upcycling of PET Waste to Calcium Terephthalate for Battery Anodes
Rui xue, Canhao Qiu, Xiaoli Zhou, Yun Cheng, Zhen Zhang, Yi Zhang, Uwe Schröder, Uwe T Bornscheuer, Weiliang Dong, Ren Wei, Min Jiang
Angew. Chem. Int. Ed. , 2023 , DOI: 10.1002/anie.202313633
研究团队简介
董维亮，教授，南京工业大学合成生物工程团队，新农村发展研究院院长，废塑料生物催化解聚与循环利用重点实验室执行主任，主要从事酶分子工程与催化工程研究，并在低品质聚合物解聚与高附加值小分子合成进行应用。江苏省优秀青年基金获得者，入选江苏省“333高层次人才”培养对象、青年科技人才托举工程、“六大人才高峰”等人才计划。兼任中国微生物学会酶工程专委会、分子微生物学及生物工程专委会委，中国生物工程学会合成生物学专委会青年委员会委员，江苏省农学会理事、农技协常务副理事、微生物学会青委会秘书长。
韦韧，现任德国格赖夫斯瓦尔德大学（University of Greifswald）生物化学研究所的课题组长。韦韧博士曾在中山大学、德国海德堡大学、瑞士苏黎世大学就读，并于2007年获得德国海德堡大学的硕士学位，随后在德国莱比锡大学攻读博士学位，于2012年获得博士学位。在2012年至2019年期间，他在莱比锡大学进行博士后研究。自2019年起，他在德国格赖夫斯瓦尔德大学担任课题组长一职。研究领域专注于分离、表征和优化具有合成塑料降解能力的多种酶，着重于建立可持续的生物基循环塑料经济，包括塑料废物的生物分解、再生和增值回收等方面。
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