摘要
全球塑料产量的快速增长导致了前所未有的塑料废物积累，这对环境、生态和人类健康构成了严重挑战。传统的塑料废弃物管理策略，包括填埋、焚烧和机械回收，由于材料降级、高能耗和温室气体排放等问题，仍不足以建立真正的循环塑料经济。在这种情况下，生物降解、直接升级转化以及从塑料废物中提取中间体的下游增值利用成为了一些有吸引力的催化策略，这些策略利用酶和微生物系统的选择性和效率，在温和条件下将废弃塑料分解，并将产生的中间体转化为高价值的化学品、燃料和功能性材料。本文综述了在生物催化降解、升级转化以及主要合成聚合物（包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氨酯、聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯和聚氯乙烯）中间体的下游增值利用方面的最新进展。重点讨论了酶的发现与工程化、结构-活性关系、代谢途径设计以及能够实现选择性分解和下游增值利用的集成化化学-生物催化平台。同时，也分析了当前存在的问题，如聚合物的难降解性、原料的异质性、催化剂的稳定性、工艺的可扩展性以及技术经济的可行性。最后，本文提出了未来的发展方向，强调了机器学习引导的酶设计、合成生物学、混合催化系统以及分散式回收基础设施在推动可持续塑料循环利用方面的作用。总体而言，本文认为生物催化降解、直接升级转化和下游生物增值利用是下一代循环塑料技术的关键催化支柱。
图形摘要
来自各种来源的塑料废物可以通过生物催化方法直接分解和升级转化，生成短链单体、寡聚物和平台化学品，如对苯二甲酸、乙二醇、6-氨基己酸、苯乙酸和邻苯二甲酸酯。同时，通过基于酶和全细胞的生物催化技术，这些中间体可以进一步转化为高价值产品，如聚羟基烷酸酯、β-酮戊二酸和儿茶酚。包括人工智能支持的催化剂设计和混合化学-生物平台在内的新兴技术有望进一步推动塑料循环利用的发展。
利益冲突
作者声明没有利益冲突。
