塑料污染是人类亟待解决的全球性环境危机★◈◈,而在各类塑料中★◈◈,工程塑料的降解回收更是困难重重★◈◈。5月28日★◈◈,华东师范大学姜雪峰和赵银松研究团队在Nature Sustainability期刊上发表一项研究成果★◈◈,提出了一种可见光/丰产铜催化的芳基脱砜氯代策略★◈◈,在常温常压空气兼容条件下★◈◈,高效突破了聚砜塑料(PSFs)的升级回收★◈◈。
姜雪峰告诉澎湃新闻记者★◈◈,这应当是世界上首次实现工程塑料在低能耗★◈◈、真实场景下的降解回收★◈◈。让高分子材料能够重新回到有价值的单体★◈◈,就能产生经济的循环★◈◈,这对于可持续发展非常重要出气吧★◈◈。
随着高分子塑料的功能不断提升★◈◈,它们现在越来越多地被应用在生产生活的方方面面★◈◈,甚至取代钢铁★◈◈、玻璃等材料★◈◈。但是在带来诸多便利的同时★◈◈,这些塑料使用完后怎么办?除了焚烧凯发电气★◈◈,★◈◈、填埋之外★◈◈,是否能够实现更高效更绿色的化学回收?一直以来★◈◈,这都是一个前瞻性的世界难题★◈◈。
譬如聚砜塑料(PSFs)★◈◈,其具有优异的化学腐蚀耐受性出气吧★◈◈、高温高压承载性(Tg高达230°C)★◈◈、机械强度抵抗性(抗拉强度达110 MPa)等性能★◈◈,媲美陶瓷或金属材料★◈◈,却远远轻于它们★◈◈,因此被广泛应用于医疗★◈◈、汽车出气吧★◈◈、航空★◈◈、航天等领域★◈◈。
据统计★◈◈,全球PSFs年需求量达100000吨凯发k8官网登陆★◈◈,且呈快速增长趋势★◈◈。由于PSFs聚合物主链刚性单元具有较高的键能★◈◈,分子链内/链间相互作用力强★◈◈,以及复杂的分子链构象★◈◈,其化学回收极具挑战凯发k8官网登陆★◈◈。与此同时★◈◈,真实PSFs材料通常还含有多种复合塑料(聚烯烃★◈◈、聚酯等)和多种必须添加剂(色素★◈◈、粘合剂★◈◈、抗氧化剂等)★◈◈,导致降解回收十分复杂★◈◈,迄今没有任何方法★◈◈。
而该项研究给出了一种极具应用意义的“新解”★◈◈。基于光催化惰性键活化及塑料降解研究基础★◈◈,研究发展了一种可见光/丰产铜催化的芳基脱砜氯代策略★◈◈,以廉价易得的氯化铜为光催化剂凯发k8官网登陆★◈◈,氯化钠/二氯甲烷为氯源★◈◈,氧气为绿色氧化剂★◈◈。通过可见光诱导铜盐配体发生金属电荷转移(LMCT)★◈◈,产生高活性氯自由基★◈◈,精准断裂聚砜(PSFs)芳基C(sp2)–SO2键★◈◈,并将其转化为高附加值的二氯代双芳基醚单体★◈◈,收率高达85%★◈◈。
该策略可降解回收四类二十种商用PSFs树脂及真实塑料废弃物(如医用透析膜★◈◈、机械外壳★◈◈、高强奶瓶等)★◈◈,同时实现了克级规模升级降解回收★◈◈。此外★◈◈,该策略在混合塑料中展现出良好的PSFs特异性回收★◈◈,可以突破传统回收策略对原料纯净度的依赖★◈◈。通过“精准脱砜氯代—定向升级回收”的创新路径★◈◈,为废弃聚砜复合材料的高效化学回收提供了崭新的解决方案★◈◈。
2011年回国以后★◈◈,姜雪峰就一直致力于塑料降解回收的研究★◈◈,此前也已在多种类型塑料的回收方式上实现技术突破★◈◈。在他看来★◈◈,前期的世界科学都在关心“创造”★◈◈,而鲜有人在意废弃后的问题★◈◈。但随着电池凯发k8官网登陆★◈◈、塑料给生态和生活构成越来越大的危险出气吧★◈◈,科学应当关心可持续发展★◈◈。他说★◈◈:“如果只是创造而不能把它恢复原样★◈◈,那是不负责任的★◈◈。”
在他的科研生涯中★◈◈,早期的研究对象集中在活化模型上★◈◈,针对理想化的模型通过一些极端条件实现降解回收★◈◈。但随着对塑料的结构★◈◈、层级★◈◈、活化等认知不断加强★◈◈,姜雪峰明白真正的研究价值在于那些真实的★◈◈、废旧的塑料★◈◈。只有实现了低能耗的降解才具有真正的商业价值★◈◈,不然所谓的科研只能是实验室里的论文★◈◈。
此次聚砜塑料降解回收的突破★◈◈,正体现了三个关键词★◈◈:低能耗★◈◈、真实★◈◈、废旧★◈◈。在常温常压空气兼容条件下就能柔和地实现降解★◈◈,低能耗才有低成本出气吧★◈◈,才有生产应用的价值★◈◈,并且回收所得的单品还能继续用于制作复合材料★◈◈。真实★◈◈,则是将真实场景中的塑料产品作为对象★◈◈,它一定是掺杂了发泡剂★◈◈、粘合剂★◈◈、稳定剂等多种成分的混合物★◈◈。废旧★◈◈,就是将垃圾场中塑料沾染的水凯发平台靠谱吗★◈◈,★◈◈、糖天生赢家·一触即发★◈◈。★◈◈、色素★◈◈、尘土等考虑在内★◈◈,而不是一个“理想状态的白花花的成品”★◈◈。
在真实废旧塑料的降解回收上★◈◈,姜雪峰所做的诸多研究都走在世界前沿★◈◈。与此同时★◈◈,相关的研究项目在海南也已有落地试点★◈◈。姜雪峰表示凯发k8官网登陆★◈◈,每个阶段团队都在突破不同塑料的降解方式★◈◈,希望最后能够系统化★◈◈、体系化地把人类面临的各种各样的塑料降解问题一一解决★◈◈。
“人类创造出高分子是对社会帮助非常大的一件事★◈◈,但是使用完了以后★◈◈,我们不能让它废弃在这个世界上★◈◈,而应该让它全生命周期地循环起来★◈◈。”姜雪峰说★◈◈,“人类实现可持续发展需要循环经济★◈◈,而循环经济的本质是要科学先循环起来★◈◈。”