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復旦大學俞麟教授 CEJ：借助廉價有機非金屬催化劑實現(xiàn)PLA等聚酯和聚碳酸酯的高效水解與回收
2024-01-07  來源：高分子科技

  聚乳酸（PLA）等生物塑料被人們認為是傳統(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，可能會帶來新一輪的環(huán)境問題。通過化學回收，有望將廢棄的PLA等聚酯重新轉(zhuǎn)化為有價值的化學品，可再次利用其中的資源和能量，進而推動塑料經(jīng)濟從線性模式向循環(huán)模式的轉(zhuǎn)變。


  復旦大學高分子科學系俞麟教授首次將一種廉價的有機非金屬化學物——磷酸二苯酯（DPP）用于加速PLA的水解并實現(xiàn)了材料的閉環(huán)回收。無需惰性氣體保護、施加外部壓力以及使用有機溶劑，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小時內(nèi)可通過隨機水解迅速轉(zhuǎn)化為分子量不足500 g/mol的低聚物。具有酸堿雙官能團的DPP在催化水解過程中可能起到了雙重活化的作用，并且在重復使用10次后仍能保持良好的催化活性。通過調(diào)節(jié)反應體系中的水含量，還可將低聚物進一步水解得到與市售品品質(zhì)相當且立體構型保持的乳酸水溶液。 


圖1. DPP介導的廢棄PLA的化學回收


  為進一步驗證該策略的實際可行性，團隊以DPP為催化劑，實現(xiàn)了公斤級PLA工業(yè)粒料的高效降解。得到的低聚物產(chǎn)物無需提純或濃縮，可直接用于制備丙交酯，繼而通過成熟的工業(yè)路線再次合成了高質(zhì)量的PLA，實現(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旦大學高分子科學系碩士生吳婉華，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家自然科學基金和聚合物分子工程國家重點實驗室的資助。


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

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（責任編輯：xu）
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