前沿 | 变废为宝-塑料的再利用

一、背景介绍

塑料是日常生活中不可或缺的一部分，它们的优异性能对社会发展和科技进步做出了巨大贡献。然而，塑料制品不易降解的特性对于环境造成了极大的危害，众所周知的“白色污染”就指的是塑料垃圾对环境污染的形象且具体的称呼。回收塑料将其转化为可降解的材料和有价值的产品，一直是科学家们研究的重点问题。

二、文献分析

1、共价键活化策略回收

第一作者：Lei Zepeng

通讯作者：张伟

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41557-022-01046-4

发表日期：2022年9月26日

聚合物的化学回收对于提高塑料循环经济和环境可持续性至关重要。传统的热固性塑料通常被认为是难以或不可能回收的永久交联材料。美国科罗拉多大学博尔德分校张伟等人通过将动态芳香亲核取代反应（DySNAr）引入传统热固性塑料的合成中，得到了一类全新可回收的烷基聚氰酸酯。通过逆合成分析，研究者将合成路线从传统的通过不可逆氰酸酯三聚形成C-N键转变为醇亲核试剂通过烷氧基取代三嗪衍生物的可逆亲核芳香族取代形成C-O键。研究者发现在乙醇的存在下合成的一类聚氰酸酯可以降解为结构单元，聚氰酸酯可以选择性的从塑料混合物中进行更高效的回收，该工作提供了一种简单的可行的闭环回收方法。

2、新方法销毁全氟烷基和多氟烷基化合物

第一作者：Brittany Trang

通讯作者：William R. Dichtel、 K. N. Houk

论文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm8868

发表日期：2022年8月18日

全氟烷基和多氟烷基化合物（PFAS）常用于不粘炊具等产品中，PFAS拥有一系列碳氟键—自然界最强的化学键之一，被称为“永远的化学品”，这是因为他们抵御大多数生物和化学降解机制。尽管目前PFAS的破坏策略采用非选择性破坏机制，但Trang等人发现全氟烷基羧酸(PFCAs)可以通过氢氧化钠介导的脱氟途径降解 。PFCA在极性非质子溶剂中脱羧产生反应性全氟烷基离子中间产物，在24小时内降解为氟离子(78 ~100%)。含碳中间体和产物与通常提出的单碳链缩短机制不一致，研究者通过计算确定了许多实验一致的途径。也观察到对支链全氟烷基醚羧酸的降解，并且有可能扩展到降解其他PFAS类。

3、PET的电催化升级，获得更有价值的商品

第一作者：Zhou Hua

通讯作者：段昊泓

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-021-25048-x

发表日期：2021年8月17日

塑料废物是制造化学品和燃料的未开发资源，特别是考虑到它们对环境和生物的威胁。在这里，段昊泓等人报道了聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)塑料的电催化升级，以获得有价值的商品化学品(二甲酸钾和对苯二甲酸)和H2燃料。初步的技术经济分析表明，当PET的乙二醇(EG)组分在高电流密度(>100 mA cm−2)下选择性电氧化成甲酸酯(>80%选择性)时，该工艺具有盈利能力。同时研制了一种镍改性磷化钴(CoNi0.25P)电催化剂，可在膜电极组合反应器中实现电流密度为500 mA cm−2，电压为1.8 V，具有80%的法拉第效率和甲酸选择性。这项工作可能为从塑料废物中制备增值商品化学品和清洁H2燃料开辟一条有利可图和可持续的路线。

4、PET的快速降解

第一作者：Lu Hongyuan

通讯作者：Hal S. Alper

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-022-04599-z

发表日期：2022年4月27日

塑料垃圾对生态构成了挑战，酶降解为聚酯垃圾的回收提供了一种潜在的绿色和可回收的途径。聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)塑料是其中最为丰富的一种，全球每年产量近7000万吨，如生产塑料瓶等。从理论上讲，PET可以通过快速的酶快速水解。Lu等人通过机器学习系统设计了一种高稳定性和活性的PET酶，与传统的PET水解酶相比，该酶具有更高效的PET降解活性，并将这种酶命名为活性、功能性、稳定性和耐受性的PET-水解酶（FAST-PETase）。研究者证明了51种不同热成型未经处理的和使用后的PET都可以在一周内被FAST-PETase几乎完全降解。同时，FAST-PETase降解后的单体又重新合成了PET。该研究为工业化的酶塑料回收提供了一种可行的途径。

5、环缩醛可逆失活聚合的化学可回收热塑性塑料

第一作者：BROOKS A. ABEL，RACHEL L. SNYDER

通讯作者：GEOFFREY W. COATES

论文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abh0626

发表日期：2021年8月13日

在创建可持续的循环的塑料经济过程中，最重要的挑战是识别能够化学回收为单体(CRM)的塑料。CRM将塑料垃圾直接转化为单体，实现了循环塑料经济，不仅可以减少对原料的需求，而且可以消除塑料垃圾的积累。聚缩醛是CRM的有前途的候选者，但由于目前不受控的阳离子开环聚合(CROP)方法从而产生的低分子量，缺乏有用的拉伸强度。研究者通过采用商业卤甲基醚引发剂和溴化铟催化剂的最佳配对，实现了环缩醛的可逆失活CROP。使用此方法合成了聚 (1,3-二氧戊环)（PDXL），其拉伸强度可与某些商品聚烯烃相媲美。强酸催化剂解聚PDXL，以接近定量的产量返回单体，甚至从商品塑料废物混合物中获得相同的结果。

转自：“我要做科研”微信公众号

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