目前，全球每年產(chǎn)出的塑料多達4億噸，塑料污染治理迫在眉睫。通過3年探索，一對師徒將“塑料變肥皂”這一瘋狂想法變成現(xiàn)實。相關(guān)研究成果近日在《科學(xué)》發(fā)表。通過他們設(shè)計的特殊“壁爐”，塑料先被燃燒成蠟，再轉(zhuǎn)化為高價值的表面活性劑和洗滌劑，比如肥皂。美國弗吉尼亞理工大學(xué)副教授劉國良是論文通訊作者，目前在西北工業(yè)大學(xué)做博士后的許振是第一作者。

　　1輪審稿、4個月修改，《科學(xué)》對論文的接收非常順利，但許振和導(dǎo)師劉國良卻并不滿意。因為發(fā)頂刊從來不是他們的目標(biāo)，真正把塑料變肥皂推向產(chǎn)業(yè)化、解決實際環(huán)境問題，才是他們的初心。

　　塑料化為肥皂：靈感來自壁爐

　　自2018年起，劉國良就一直在摸索塑料再利用的路子。要實現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用，這條路必須簡單且經(jīng)濟可行。

　　預(yù)計到2050年，全球塑料累計產(chǎn)量將達到340億噸，其中60%是使用最廣泛的聚乙烯和聚丙烯。

　　將聚乙烯和肥皂放在一起，似乎是八竿子打不著的事。但實際上，它們在分子層面有著緊密關(guān)聯(lián)。脂肪酸是肥皂等表面活性劑的主要原料，其分子結(jié)構(gòu)與聚乙烯相似，只是脂肪酸的碳鏈長度遠短于聚乙烯的高分子長鏈。

　　也就是說，如果使聚乙烯的長鏈斷裂，生成長度合適的脂肪酸碳鏈，塑料變肥皂并非天方夜譚。

　　2020年圣誕節(jié)，結(jié)束一天工作的劉國良坐在壁爐旁取暖。當(dāng)他凝視木頭燃燒的火光時，一個靈感突然闖入腦海。劉國良迅速找來一個塑料袋扔進壁爐，看到塑料袋劇烈燃燒，他又取來一勺食用油倒在木頭上，同樣產(chǎn)生了劇烈燃燒。

　　劉國良想，木頭不完全燃燒會生成煙霧，正是木材燃燒過程中纖維素分解成短鏈分子形成氣體小分子的環(huán)節(jié)，完全燃燒后就會生成二氧化碳。而塑料和木頭一樣，在壁爐中燃燒都是從固態(tài)到氣態(tài)。

　　這似乎意味著，如果能準(zhǔn)確控制聚乙烯的燃燒條件，在形成氣體小分子之前停止燃燒過程，并恰好停止在類脂肪酸的階段，就可能得到碳鏈長度合適的分子。

　　劉國良隱隱覺得，這將是一個絕佳的課題。為此，他找到心目中的理想人選——當(dāng)時正在弗吉尼亞理工大學(xué)讀博士四年級的“90后”許振。

　　經(jīng)過近3年的研究，他們打造出一個特殊的“壁爐”。這個燃燒反應(yīng)裝置的精妙之處在于溫度梯度的設(shè)置：反應(yīng)裝置的底部溫度達到360℃，可以使聚乙烯的長鏈斷裂；而當(dāng)產(chǎn)生的煙霧上升進入冷區(qū)，這些分子會冷凝，避免進一步燃燒分解成更小的氣體分子。

　　經(jīng)過這樣的反應(yīng)，裝置里最終形成的殘留物，就是他們要找的聚乙烯短鏈分子材料——蠟。

　　接下來，他們向裝置中注入空氣和硬脂酸錳催化劑，使裝置中的蠟進行氧化反應(yīng)以及隨后的皂化反應(yīng)，進而生成脂肪酸，這正是高價值的表面活性劑和洗滌劑的原料。

　　更為欣喜的是，將聚丙烯放進這個“壁爐”中，也能得到與聚乙烯相似的結(jié)果。這意味著，無須在生活中將兩種垃圾分類，就可以直接混合送入反應(yīng)裝置。

　　登上頂刊但他們還“不太滿意”

　　雖然研究登上了《科學(xué)》，但劉國良和許振都感到“不太滿意”。

　　實際上，早在2021年初，他們在對聚丙烯和聚乙烯進行燃燒反應(yīng)裝置實驗時就獲得了成功。奇怪的是，后面的催化升級反應(yīng)卻很難復(fù)現(xiàn)。

　　于是他們決定暫時放下聚丙烯和聚乙烯的研究，先做實驗數(shù)據(jù)較好的聚苯乙烯。2022年8月，聚苯乙烯的研究取得了不錯的成果，并發(fā)表于美國《國家科學(xué)院院刊》。

　　再次研究聚丙烯和聚乙烯時，他們又有了靈感，尤其是在催化反應(yīng)階段調(diào)高氣流量等方法，最終解決了實驗無法復(fù)現(xiàn)的問題。

　　今年2月9日，他們將這項研究投給了《科學(xué)》。一個多月后，審稿人一口氣提出了近30個問題，包括研究的經(jīng)濟可行性、進一步闡明反應(yīng)機理等。

　　接下來的4個多月，許振集中火力進行突擊。為了解決熱傳導(dǎo)和研究經(jīng)濟可行性的計算問題，許振找到母校山東師范大學(xué)教授張其坤。而先前在聚苯乙烯研究中與他們有很好合作的東北財經(jīng)大學(xué)教授許建軍和美國圣塔克拉拉大學(xué)教授蔡港樹，也對這項研究提出了一些建議。

　　對于論文最終被《科學(xué)》接收，劉國良坦言自己“又驚喜，又不驚喜”，因為這是自己組建實驗室以來的第一篇《科學(xué)》論文，但他從不刻意追求在頂級期刊上發(fā)表論文，只希望解決研究中的問題。

　　這種精神也影響著許振?！皠⒗蠋熆偸亲屛覀?nèi)ニ伎?，為什么做這件事?！彼f，“比如剛發(fā)表的這篇《科學(xué)》的研究，對于實現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用，就還有很多地方需要完善?！?/p>

　　全職回國研究：英雄找到用武之地

　　因為這項研究，許振延期畢業(yè)半年。2022年，他取得博士學(xué)位。惜才的劉國良希望這個和自己一樣對科研有著純粹和極致追求的年輕人能留下來，并為許振后面幾年的研究做了很多鋪墊工作。

　　“如果不是因為家人，我會再在劉老師的組內(nèi)鍛煉兩年?！痹谕馇髮W(xué)期間，親人的離世給了許振很大的打擊，站在去留的路口，許振選擇了回國，回到家人身邊。

　　許振坦言自己是個“喜新厭舊”的人。他喜歡發(fā)揮想象力去思考、找到新的發(fā)現(xiàn)，這正是科研給予他的享受。

　　2016年，從山東師范大學(xué)畢業(yè)后，他只身前往美國求學(xué)。5年多的緊張科研，經(jīng)常讓他感到壓力很大。但他總能找到疏解的方式——去美麗的小鎮(zhèn)走走，去美食街逛逛。

　　如今，許振已經(jīng)在西北工業(yè)大學(xué)開展博士后工作。對于進教學(xué)崗或者升職稱，他并不著急，他希望再花些時間，把塑料變肥皂的研究徹底推向工業(yè)界。

　　“我們的工作需要正視之前研究的實用性，雖然已經(jīng)研究了聚丙烯和聚乙烯回收的經(jīng)濟可行性，但我更想讓國內(nèi)甚至全世界的工業(yè)界認(rèn)識到我們方法的可行性?！痹S振說。

　　英雄不問出處，但一定有他一步步走來的路。正如論文上線那天，劉國良在微信朋友圈寫的那樣：“如今許振回到了國內(nèi)工作，希望英雄找到用武之地，將他的才能發(fā)揮到極致。”（記者 田瑞穎）