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  近日，東北林業(yè)大學(xué)張彥華教授級高級實(shí)驗(yàn)師團(tuán)隊在國際著名期刊《Chemical Engineering Journal》上（IF＝13.273）發(fā)表題為“Progress in upcycling polylactic acid waste as an alternative carbon source: A review”的綜述論文。論文從三級回收和四級回收的角度，詳細(xì)綜述了目前將廢棄聚乳酸化學(xué)升級為燃料和工業(yè)化學(xué)品的主要方法，為處理廢棄聚乳酸材料提供綜合參考。

圖1 聚乳酸作為碳源化學(xué)回收升級的主要方法

  聚乳酸是目前產(chǎn)量最大用途最廣泛的生物可降解塑料，其產(chǎn)量也是逐年增加。盡管聚乳酸可以完全降解，但自然條件下其降解速率較慢，大量廢棄的聚乳酸堆積仍會導(dǎo)致污染。此外聚乳酸作為優(yōu)質(zhì)的碳源材料，與直接降解為二氧化碳和水相比，化學(xué)回收升級聚乳酸是一種更加綠色環(huán)保的方法。因?yàn)榫廴樗岵粌H可以解聚為合成聚乳酸的單體，同時還可以升級為工業(yè)生產(chǎn)所需要的各種化學(xué)品。東北林業(yè)大學(xué)張彥華教授級高級實(shí)驗(yàn)師從三元回收和四元回收的角度總結(jié)了廢棄聚乳酸無法二元回收后，可以將廢棄聚乳酸升級為能源或其他化學(xué)品的方法，為妥善處理大量廢棄聚乳酸提供了參考。

圖2 廢棄聚乳酸四元回收方法的示意圖

  綜述主要從熱解、醇解、水解和氨解四個方面對廢棄聚乳酸化學(xué)升級進(jìn)行了綜述。聚乳酸的熱解主要從熱解動力學(xué)以及計算模擬的方面對聚乳酸熱解過程中產(chǎn)生的酯交換反應(yīng)與自由基反應(yīng)進(jìn)行了綜述。聚乳酸的熱解可以回收丙交酯，而丙交酯是可以作為合成聚乳酸的原料重新再加工，這就實(shí)現(xiàn)了材料的閉環(huán)回收，循環(huán)利用。作者綜述了目前聚乳酸熱解最適合的溫度、條件以及催化劑。同時也對聚乳酸與生物質(zhì)的共熱解進(jìn)行了總結(jié)。

  聚乳酸的醇解是最適合聚乳酸化學(xué)回收升級的方法，因?yàn)槭占降娜樗嵬榛ゲ粌H可以用于合成聚乳酸，同時也可以替代石油基溶劑用于工業(yè)、食品、制藥等多方面應(yīng)用。尤其是乳酸乙酯以其出色的溶劑效果，被認(rèn)為是替代是有機(jī)溶劑的下一代綠色有機(jī)溶劑。論文從提高聚乳酸醇解反應(yīng)速率，提高生成物專一性入手，分別論述了抑制聚乳酸醇解速率的因素以及相應(yīng)的解決方法。采用有機(jī)催化劑、離子液體催化劑、金屬及其配合物催化劑以及微波輔助的方法，詳細(xì)論述了促進(jìn)聚乳酸醇解的方法。此外論文還對聚乳酸的水解機(jī)理以及水解的促進(jìn)方法進(jìn)行了總結(jié)。

圖4 聚乳酸水解的主要促進(jìn)機(jī)理以及水解過程中的腐蝕機(jī)理

  論文也總結(jié)了目前聚乳酸通過氨解的方式制備如乙腈、吡啶以及氨基酸等含氮精細(xì)化合物，并總結(jié)出催化劑的脫氧加氫能力是影響聚乳酸氨解反應(yīng)活性以及產(chǎn)物選擇性重要條件。最后文章總結(jié)了目前聚乳酸化學(xué)升級回收的現(xiàn)狀，并且通過總結(jié)聚乳酸的發(fā)展前景表明聚乳酸的化學(xué)回收前景是巨大的。同時論文也指出了目前聚乳酸回收所面臨的不足，希望在之后的研究中可以進(jìn)行改進(jìn)。

  論文的通訊作者為東北林業(yè)大學(xué)材料學(xué)院的張彥華教授級高級實(shí)驗(yàn)師，第一作者為2019級博士研究生孫策。該工作受到國家自然科學(xué)基金與黑龍江省杰出青年項目的支持。近年來張彥華教授級高級實(shí)驗(yàn)師團(tuán)隊致力于生物質(zhì)纖維/聚乳酸復(fù)合材料研發(fā)與應(yīng)用，對復(fù)合材料的生命周期所涉及到的物理化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行了深入的研究。通過木纖維改性的方式增強(qiáng)聚乳酸復(fù)合材料的紫外耐候性，從而延長聚乳酸復(fù)合材料在戶外的使用時限 (J. Clean. Prod, 2018, 203,328-339)。建立了木質(zhì)纖維聚乳酸復(fù)合材料水解速率調(diào)控模型，并可以應(yīng)用于其他聚乳酸復(fù)合材料 (Compos. Sci. Technol, 2019, 181, 10767)。通過聚乳酸與木質(zhì)纖維的熱解產(chǎn)生的共協(xié)同效應(yīng)高效節(jié)能地回收燃料與化學(xué)產(chǎn)物 (Energ. Convers. Manage, 2019, 202, 112212和Green Chem. 2021, 23, 9014-9023)

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.136881