許多人都熟悉海龜、海豚和海豹等海洋生物被廢棄漁網纏住的令人不安的場景。在這些漁網以及地毯和服裝中發現的塑膠–尼龍-6，其主要問題是強度和耐久性過高，無法自然分解。因此，當它進入環境後，會在環境中存留數千年，污染水體，破壞珊瑚礁，危害鳥類和海洋動物。

新製程可回收99% 的單體（如圖），即尼龍的組成部分。回收單體後，工業界可將尼龍循環利用，製成價值較高的產品。資料來源：美國西北大學

現在，美國西北大學的化學家們開發出了一種新型催化劑，可以在幾分鐘內快速、乾淨、徹底地分解尼龍-6，而且不會產生有害的副產品。更棒的是該製程不需要有毒溶劑、昂貴材料或極端條件，因此可用於日常應用。

這種新型催化劑不僅能在環境修復方面發揮重要作用，還能在將尼龍-6 廢料升級再造為更高價值的產品方面邁出第一步。

觀看催化劑降解1 克Nylon-6 樣品的過程。資料來源：美國西北大學

這項研究最近發表在《化學》雜誌。

研究的資深作者、西北大學的托賓-馬克斯（Tobin Marks）說：”全世界都意識到了塑膠問題。塑膠是我們社會的一部分，我們使用了大量的塑膠。但問題是： 用完之後我們怎麼辦？理想情況下，我們不會將其焚燒或填埋。我們要回收。我們正在開發能分解這些聚合物的催化劑，使它們恢復到原來的形態，這樣就可以重新利用了”。

馬克斯是西北大學溫伯格文理學院查爾斯-莫里森和艾瑪-莫里森化學教授、弗拉基米爾-伊帕蒂耶夫催化化學教授，以及西北大學麥考密克工程學院材料科學與工程教授。他也是Paula M. Trienens 永續發展與能源研究所的教員。西北大學的合著者包括化學與生物工程系薩拉-麗貝卡-羅蘭（Sarah Rebecca Roland）教授兼麥考密克高級副院長琳達-布羅德貝爾特（Linda J. Broadbelt），以及馬克斯研究小組的研究助理教授約西-克拉提什（Yosi Kratish）。

致命的難題

從衣服、地毯到安全帶，尼龍-6 存在於大多數人每天使用的各種材料中。但是，當人們用完這些材料後，它們最終會被填埋，或者更糟的是：散落在包括海洋在內的環境中。據世界野生動物聯盟稱，每年被遺棄在海洋中的漁具多達100 萬磅，其中由尼龍-6 構成的漁網至少佔太平洋大垃圾帶的46%。

一隻被廢棄漁網纏住的海龜。資料來源：美國國家海洋暨大氣總署

“漁網使用幾年後就會失去使用性能，”論文的第一作者、馬克斯實驗室的博士後研究員葉立偉（音譯）說。”它們會被水嚴重浸泡，很難從海裡撈出來。而且它們的更換成本很低，人們就把它們留在水里，然後再買新的。”

“海洋中有大量垃圾，”馬克斯補充道。”紙板和食物垃圾會生物降解。金屬沉入海底。然後就剩下塑膠了。”

最環保的溶劑是無溶劑

目前處理尼龍-6 的方法僅限於簡單地將其埋入垃圾掩埋場。焚燒尼龍-6 時，會排放出有毒污染物，如氮氧化物（與包括過早死亡在內的各種健康併發症有關）或二氧化碳（一種臭名昭著的強效溫室氣體）。

雖然其他實驗室也探索過降解尼龍-6 的催化劑，但這些催化劑需要在極端條件下使用（如溫度高達350 攝氏度）、高壓蒸汽（耗能高且效率低）和/或有毒溶劑，而這些只會造成更多污染。

馬克斯說：”可以用酸來溶解塑料，但這樣就會留下髒水。怎麼處理這些水？我們的目標始終是使用綠色溶劑。有哪種溶劑比不使用溶劑更環保呢？”

新型催化劑可在幾分鐘內降解尼龍6 樣品。資料來源：美國西北大學

回收用於升級再循環的構件

為了繞過這些問題，研究人員研究了馬克斯實驗室已經開發出的一種新型催化劑。這種催化劑利用了釔（一種廉價的地球富集金屬）和鑭離子。當研究小組將尼龍-6 樣品加熱到熔化溫度，並在不使用溶劑的情況下使用催化劑時，塑膠就會分崩離析–還原成其原始的結構單元，而不會留下副產品。

“你可以把聚合物想像成一條項鍊或一串珍珠，”馬克斯解釋道。”在這個比喻中，每顆珍珠都是一個單體。這些單體就是構件。我們設計了一種方法來分解項鍊，但恢復這些珍珠”。

在實驗中，馬克斯和他的團隊能夠回收99% 的塑膠原始單體。原則上，這些單體可以再循環利用，製成價值較高的產品，這些產品目前因其強度和耐用性而需求量很大。

“回收尼龍其實比一般尼龍更值錢，”馬克斯說。”許多高端時尚品牌都在服裝中使用回收尼龍。”

除了回收率高的單一體外，這種催化劑還具有高度的選擇性–只對尼龍-6 聚合物起作用，而不會破壞周圍的材料。這意味著業界可以將催化劑用於大量未分類的廢料，並選擇性地針對尼龍-6。

“如果沒有選擇性催化劑，如何將尼龍從其他廢料中分離出來？需要雇人對所有廢料進行分類，以去除尼龍。這樣做既昂貴又低效。但如果催化劑只降解尼龍，而把其他東西都留下來，那效率就高得驚人了。”

回收這些單體還可以避免從頭開始生產更多塑膠。這些單體是用原油生產的，因此會產生巨大的碳足跡。

在為新製程申請專利後，馬克斯和他的團隊已經收到了潛在工業合作夥伴的興趣。他們希望其他人能大規模使用他們的催化劑，幫助解決全球塑膠問題。

“我們的研究代表著聚合物回收和永續材料管理領域向前邁出的重要一步，”Ye 說。”這種創新方法解決了當前回收技術中的一個關鍵缺口，為尼龍廢料問題提供了一種實用高效的解決方案。我們相信，它對減少塑膠的環境足跡和促進循環經濟具有重要意義。”