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復(fù)旦大學(xué)俞麟教授 CEJ：借助廉價(jià)有機(jī)非金屬催化劑實(shí)現(xiàn)PLA等聚酯和聚碳酸酯的高效水解與回收

2024-01-07 來(lái)源：高分子科技

聚乳酸（PLA）等生物塑料被人們認(rèn)為是傳統(tǒng)石油基塑料的更可持續(xù)的替代物。然而，PLA在自然環(huán)境中降解過(guò)于緩慢，若在缺乏合適后處理方式的情況下大規(guī)模投入使用，可能會(huì)帶來(lái)新一輪的環(huán)境問(wèn)題。通過(guò)化學(xué)回收，有望將廢棄的PLA等聚酯重新轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的化學(xué)品，可再次利用其中的資源和能量，進(jìn)而推動(dòng)塑料經(jīng)濟(jì)從線(xiàn)性模式向循環(huán)模式的轉(zhuǎn)變。

復(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系俞麟教授首次將一種廉價(jià)的有機(jī)非金屬化學(xué)物——磷酸二苯酯（DPP）用于加速PLA的水解并實(shí)現(xiàn)了材料的閉環(huán)回收。無(wú)需惰性氣體保護(hù)、施加外部壓力以及使用有機(jī)溶劑，僅在3.5 wt%的DPP和少量水的作用下，多種PLA工業(yè)粒料和市售產(chǎn)品在160℃下、1.5小時(shí)內(nèi)可通過(guò)隨機(jī)水解迅速轉(zhuǎn)化為分子量不足500 g/mol的低聚物。具有酸堿雙官能團(tuán)的DPP在催化水解過(guò)程中可能起到了雙重活化的作用，并且在重復(fù)使用10次后仍能保持良好的催化活性。通過(guò)調(diào)節(jié)反應(yīng)體系中的水含量，還可將低聚物進(jìn)一步水解得到與市售品品質(zhì)相當(dāng)且立體構(gòu)型保持的乳酸水溶液。

圖1. DPP介導(dǎo)的廢棄PLA的化學(xué)回收

為進(jìn)一步驗(yàn)證該策略的實(shí)際可行性，團(tuán)隊(duì)以DPP為催化劑，實(shí)現(xiàn)了公斤級(jí)PLA工業(yè)粒料的高效降解。得到的低聚物產(chǎn)物無(wú)需提純或濃縮，可直接用于制備丙交酯，繼而通過(guò)成熟的工業(yè)路線(xiàn)再次合成了高質(zhì)量的PLA，實(shí)現(xiàn)了材料的閉環(huán)回收。此外，該催化劑具有一定的普適性，可加速多種聚酯和聚碳酸酯的水解，包括聚己二酸/對(duì)苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、聚三亞甲基碳酸酯（PTMC）等。

圖2. PLA的閉環(huán)回收

相關(guān)研究成果以“Cheap organocatalyst diphenyl phosphate for efficient chemical recycling of poly(lactic acid), other polyesters and polycarbonates”為題發(fā)表于Chemical Engineering Journal，文章的第一作者為復(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系碩士生吳婉華，俞麟教授為通訊作者，丁建東教授為共同作者。該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和聚合物分子工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的資助。

全文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894723068638

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（責(zé)任編輯：xu）

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