物理科技生物学-PHYICA

将塑料分解成其组成部分

化学 2023-05-12 11:26:09

苏黎世联邦理工学院彼得·鲁格 从聚合物中回收单体来生产一种新产品,这种新产品可以再分解成它的结构单元

鸣谢:王等,,2022 由Athina Anastasaki领导的一组ETH研究人员成功地将塑料分解成分子结构块,并回收了90%以上的塑料

迈向真正塑料回收的第一步

化学工业有生产聚合物的悠久传统

这包括将小分子构建模块转化为结合在一起的长链分子

聚合物是各种日常塑料的基础,如PET和聚氨酯

然而,虽然聚合物的形成已经得到了很好的确立和研究,但科学家们很少关注聚合物链是如何被分解(一种称为解聚的过程)以恢复其单个结构单元——单体的

原因之一是分解聚合物是一个复杂的过程

一种聚合物能否被分解成它的组成部分取决于使用了哪种不同的聚合物制造工艺

另一个原因是迄今为止使用的解聚方法需要大量能量,这使得它们在经济上不可行

此外,回收聚合物通常只用于制造低价值产品

目标是分解聚合物 苏黎世联邦理工学院聚合材料教授Athina Anastasaki想要改变这种情况

她为自己设定了生产聚合物的目标,这种聚合物可以很容易地分解成它们的结构单元,这样它们就可以被完全回收利用

这位材料科学家已经朝着这个方向迈出了重要的第一步:她的小组的一项研究刚刚发表在《美国化学学会杂志》上

在这篇文章中,Anastasaki和她的同事展示了他们可以将某些聚合物分解成它们的基本组成部分——单体——并回收它们用于进一步应用的材料

分解的聚合物是聚甲基丙烯酸酯(例如

g

有机玻璃)是使用一种称为可逆加成-断裂链转移聚合的特殊聚合技术生产的,也称为RAFT

这种相对较新的方法,现在也引起了工业界的兴趣,生产出长度均匀的聚合物链

首次成功 苏黎世联邦理工学院的研究人员已经成功地回收了高达92%的聚甲基丙烯酸酯结构单元,而无需添加能够促进或加速反应的催化剂

“我们的方法可以进一步发展到使用催化剂

这可能会使回收的数量增加更多,”Anastasaki说

聚合物链末端的化学基团对聚合物的分解至关重要

通过将聚合物溶剂混合物加热到120摄氏度,研究人员在聚甲基丙烯酸酯链的末端产生了所谓的“自由基”,从而引发了解聚

堪培拉澳大利亚国立大学的研究人员能够用数学方法证实这些结果

生产相同或不同的产品 根据Anastasaki的说法,以这种方式回收的结构单元可以用于生产相同的聚合物或完全不同的产品——一种不溶性水凝胶,也可以分解为单体

新创造的产品与原来的产品质量相似

这与以前由回收聚合物制成的产品形成对比

但是有一个问题:“用RAFT聚合制造的产品比传统聚合物更贵,”Anastasaki说

为了解决这一缺陷,她和她的团队已经在致力于将这种方法扩展到大规模应用,这将使其更具竞争力,生产的产品更便宜

研究人员还旨在增加回收量,并回收聚合物的所有结构单元

这位材料科学家也在研究其他聚合物是否可以解聚

她对聚苯乙烯特别感兴趣,这是一种广泛应用于日常生活许多领域的低成本塑料(聚苯乙烯泡沫塑料)

方法短期内无法解决塑料问题 即使这种新方法提高了解决人类塑料垃圾问题的希望,Anastasaki暂时打消了这个想法

这个问题没有快速解决的办法

她继续说

“在化学工业中建立这一过程之前,需要大量的时间和研究

“它也不能消除塑料垃圾:今天的聚合物不能用这种方法分解

一些新的、合适的聚合物在它们的结构单元被回收之前必须进入循环

但是这种方法有一个优点:引进和使用它不需要新的化工厂

“我们对解聚的研究才刚刚开始

有超过30,000项关于开发新聚合策略的研究,其中只有少数研究涉及单体回收的主题,”Anastasaki说

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