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【催化】吉大张越涛教授Angew：低成本催化剂开启闭环回收新篇章

X-MOL资讯 · 公众号 · · 2025-01-06 08:11

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塑料，在给人类生活带来便利的同时，也逐渐演变成一个全球性的环境难题。数据显示，全球每年生产的塑料已超过4亿吨，但其中仅有不到10%被有效回收。大多数塑料最终或被填埋，或被焚烧，不仅浪费了资源，还对环境造成了巨大的负面影响。

要真正解决塑料污染，关键在于实现其闭环回收，也就是将废旧塑料转化回原始单体，再通过聚合生成性能与新塑料无异的产品。然而，实现这种“变废为宝”的过程并不简单。

塑料回收的难题在哪里？

当前，塑料回收主要分为两种方式：机械回收和化学回收。机械回收的操作相对简单，主要通过清洗、粉碎和重塑来重复利用废旧塑料。然而，这种方式存在两个显著缺点：一是回收过程中杂质容易残留，导致回收塑料的性能大幅下降；二是机械回收难以处理塑料混合物或性能更高的工程塑料。相比之下，化学回收是一种更理想的方式，它通过特定的化学反应将塑料分解为原始单体，再重新制备高质量的塑料制品。然而，目前的化学回收技术面临多个挑战：反应条件苛刻（高温、高压），催化剂昂贵或效率低下，尤其是对混合塑料废物的选择性处理能力较弱。

新催化剂系统的突破

近期， 吉林大学 化学学院超分子结构与材料国家重点实验室 张越涛 教授团队研究发现， 实验室内常见的路易斯酸—氯化镁（MgCl₂），可以用于聚酯和聚碳酸酯等聚酯材料的闭环回收。 该体系不仅在温和条件下（显著低于塑料的 T _c ）实现了高效解聚，还具有良好的选择性和兼容性。

高效解聚：单体回收率超90%

通过实验，作者发现这种MgCl₂催化剂能够高效地解聚11种不同类型的聚酯材料，包括常见的聚酯（如聚己内酯PCL）、聚乳酸（PLA）、聚碳酸酯（如三亚甲基碳酸酯PTMC）。解聚反应在无溶剂条件下进行，单体回收率可达90%以上，显示出卓越的性能。

适用于复杂聚酯混合物

传统的化学回收体系通常难以应对包含多种塑料的废物，而我们的催化体系表现出了极高的选择性。例如，在混合了PET、PE等商品塑料的废料中，该催化剂能够精准地解聚目标聚酯，而不受其他塑料的干扰。此外，作者成功将这一方法应用于随机共聚酯和不同类型聚酯混合物的选择性回收，实现了高效解聚并回收单体（单体收率均>90%）。

催化剂可循环使用

在循环使用实验中，作者对催化剂进行了十次连续测试，发现每次的单体回收率均保持在90%以上，证明了该催化剂的优异稳定性和重复使用性。

解聚背后的机制探索

为了进一步理解这一催化体系的高效性，作者对其解聚机制进行了深入研究。结果表明，该解聚过程主要通过两步反应实现：（1） 随机链断裂 ：催化剂优先激活聚合物链的羰基基团，导致随机位置的链断裂；（2） 末端环化 ：短链进一步通过端基环化反应生成单体。

环境与未来应用前景

这一研究为解决塑料污染问题提供了一种全新的技术路径。相比传统的化学回收方法，该催化体系具备以下几大优势：（1） 低成本高效 ：催化剂原料价格低廉，制备简单，适用于大规模应用。（2） 温和环保 ：解聚反应在相对较低的温度下进行，无需溶剂，减少了能耗和污染。（3） 广泛适用性 ：该体系不仅适用于单一类型的聚酯材料，还能高效处理复杂的聚酯混合物，极具工业化潜力。

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【催化】吉大张越涛教授Angew：低成本催化剂开启闭环回收新篇章

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