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塑料升級回收技術(shù)新突破：無廢物、可擴(kuò)展工藝

2023-10-08 15:59:23 來源：cnBeta

【資料圖】

東京都立大學(xué)的研究人員開發(fā)出了一種新的化學(xué)工藝，可將聚酯（包括塑料瓶中的 PET）循環(huán)利用為嗎啉酰胺，嗎啉酰胺是一種用途廣泛的寶貴構(gòu)筑物，可用于合成多種化合物。該反應(yīng)產(chǎn)量高、無廢物、不需要有害化學(xué)物質(zhì)，而且易于擴(kuò)展。該團(tuán)隊(duì)成功打破了塑料廢棄物通常成本高昂的閉環(huán)回收循環(huán)，實(shí)現(xiàn)了向上循環(huán)，生產(chǎn)出更有價(jià)值的產(chǎn)品。

研究小組新開發(fā)的化學(xué)工藝可以利用溶劑嗎啉和少量鈦基催化劑將聚酯升級為嗎啉酰胺。資料來源：東京都立大學(xué)

傳統(tǒng)回收與升級再造

在與塑料垃圾的斗爭中，回收利用發(fā)揮著不可或缺的作用。但代價(jià)是什么呢？以聚酯回收為例，包括塑料瓶中的聚對苯二甲酸乙二酯（PET），通常需要電力才能使所需的化學(xué)反應(yīng)達(dá)到足夠高的溫度，或者需要強(qiáng)堿性條件才能產(chǎn)生化學(xué)廢物。最后，我們得到的中間化合物會被用來制造與之相同的產(chǎn)品。這不僅會造成浪費(fèi)，在經(jīng)濟(jì)上也是不可行的。

這就是"向上"循環(huán)的由來。科學(xué)家們一直致力于打破這種封閉的循環(huán)，從塑料廢棄物中創(chuàng)造出對社會更有價(jià)值、更有用的化合物。像這樣的"開環(huán)"計(jì)劃是幫助我們向綠色社會過渡的實(shí)用戰(zhàn)略的重要組成部分。

化學(xué)轉(zhuǎn)化方面的突破

現(xiàn)在，由東京都立大學(xué)的荻原洋平副教授和野村光弘教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組提出了一種幾乎不產(chǎn)生廢物的方法，可以將聚酯轉(zhuǎn)化為一種多功能構(gòu)件，這種構(gòu)件可以轉(zhuǎn)化為多種有價(jià)值的化合物。他們使用一種名為嗎啉的廉價(jià)溶劑和少量鈦基催化劑，將聚酯轉(zhuǎn)化為嗎啉酰胺。它們不僅可以轉(zhuǎn)化為制造更多聚酯的中間化合物（循環(huán)利用），還可以很容易地反應(yīng)生成酮、醛和胺，所有這些重要的化學(xué)品系列都可用于制造大量其他更有價(jià)值的化合物（升級循環(huán)利用）。

新工藝不需要昂貴的試劑或苛刻的條件，幾乎不產(chǎn)生化學(xué)廢物。產(chǎn)量非常高，而且任何未反應(yīng)的溶劑都可以很容易地收集起來。他們還發(fā)現(xiàn)，只需要少量催化劑就能以合理的速度驅(qū)動反應(yīng)，而分離產(chǎn)物所需的只是簡單的過濾。研究小組強(qiáng)調(diào)的一個關(guān)鍵點(diǎn)是，主要反應(yīng)在常壓下進(jìn)行，這意味著不需要特殊的反應(yīng)容器或裝置。這使得該反應(yīng)即使在實(shí)驗(yàn)室中也很容易擴(kuò)展。研究小組從實(shí)際的 PET 飲料瓶中提取了 50 克 PET 材料，將其與嗎啉進(jìn)行反應(yīng)，得到了 70 多克嗎啉酰胺，產(chǎn)率達(dá)到 90%，證明了這一點(diǎn)。

影響和未來潛力

隨著全球塑料廢物問題日益嚴(yán)重，需要采取大膽的新策略來處理塑料并將其重新融入社會。作為一種低成本、無廢物的升級再循環(huán)方案，該團(tuán)隊(duì)的研究成果可能很快就會應(yīng)用于將聚酯廢料轉(zhuǎn)化為特種化學(xué)品。

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