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  塑料，在給人類生活帶來便利的同時，也逐漸演變成一個全球性的環(huán)境難題。數(shù)據(jù)顯示，全球每年生產(chǎn)的塑料已超過4億噸，但其中僅有不到10%被有效回收。大多數(shù)塑料最終或被填埋，或被焚燒，不僅浪費了資源，還對環(huán)境造成了巨大的負面影響。

  要真正解決塑料污染，關(guān)鍵在于實現(xiàn)其閉環(huán)回收，也就是將廢舊塑料轉(zhuǎn)化回原始單體，再通過聚合生成性能與新塑料無異的產(chǎn)品。然而，實現(xiàn)這種“變廢為寶”的過程并不簡單。

塑料回收的難題在哪里？

  當前，塑料回收主要分為兩種方式：機械回收和化學回收。

  機械回收的操作相對簡單，主要通過清洗、粉碎和重塑來重復利用廢舊塑料。然而，這種方式存在兩個顯著缺點：一是回收過程中雜質(zhì)容易殘留，導致回收塑料的性能大幅下降；二是機械回收難以處理塑料混合物或性能更高的工程塑料。相比之下，化學回收是一種更理想的方式，它通過特定的化學反應(yīng)將塑料分解為原始單體，再重新制備高質(zhì)量的塑料制品。然而，目前的化學回收技術(shù)面臨多個挑戰(zhàn)：反應(yīng)條件苛刻（高溫、高壓），催化劑昂貴或效率低下，尤其是對混合塑料廢物的選擇性處理能力較弱。

新催化劑系統(tǒng)的突破

  近期，吉林大學化學學院超分子結(jié)構(gòu)與材料國家重點實驗室張越濤教授團隊研究發(fā)現(xiàn)，實驗室內(nèi)常見的路易斯酸—氯化鎂（MgCl?），可以用于聚酯和聚碳酸酯等聚酯材料的閉環(huán)回收。該體系不僅在溫和條件下（顯著低于塑料的T_c）實現(xiàn)了高效解聚，還具有良好的選擇性和兼容性。

高效解聚：單體回收率超90%

  通過實驗，作者發(fā)現(xiàn)這種MgCl?催化劑能夠高效地解聚11種不同類型的聚酯材料，包括常見的聚酯（如聚己內(nèi)酯PCL）、聚乳酸（PLA）、聚碳酸酯（如三亞甲基碳酸酯PTMC）。解聚反應(yīng)在無溶劑條件下進行，單體回收率可達90%以上，顯示出卓越的性能。

適用于復雜聚酯混合物

  傳統(tǒng)的化學回收體系通常難以應(yīng)對包含多種塑料的廢物，而我們的催化體系表現(xiàn)出了極高的選擇性。例如，在混合了PET、PE等商品塑料的廢料中，該催化劑能夠精準地解聚目標聚酯，而不受其他塑料的干擾。此外，作者成功將這一方法應(yīng)用于隨機共聚酯和不同類型聚酯混合物的選擇性回收，實現(xiàn)了高效解聚并回收單體（單體收率均>90%）。

催化劑可循環(huán)使用

  在循環(huán)使用實驗中，作者對催化劑進行了十次連續(xù)測試，發(fā)現(xiàn)每次的單體回收率均保持在90%以上，證明了該催化劑的優(yōu)異穩(wěn)定性和重復使用性。

解聚背后的機制探索

  為了進一步理解這一催化體系的高效性，作者對其解聚機制進行了深入研究。結(jié)果表明，該解聚過程主要通過兩步反應(yīng)實現(xiàn)：

  1.隨機鏈斷裂：催化劑優(yōu)先激活聚合物鏈的羰基基團，導致隨機位置的鏈斷裂；

  2.末端環(huán)化：短鏈進一步通過端基環(huán)化反應(yīng)生成單體。

環(huán)境與未來應(yīng)用前景

  這一研究為解決塑料污染問題提供了一種全新的技術(shù)路徑。相比傳統(tǒng)的化學回收方法，該催化體系具備以下幾大優(yōu)勢：

  1.低成本高效：催化劑原料價格低廉，制備簡單，適用于大規(guī)模應(yīng)用。

  2.溫和環(huán)保：解聚反應(yīng)在相對較低的溫度下進行，無需溶劑，減少了能耗和污染。

  3.廣泛適用性：該體系不僅適用于單一類型的聚酯材料，還能高效處理復雜的聚酯混合物，極具工業(yè)化潛力。

  論文信息：

  題目：Solvent-Free Chemical Recycling of Polyesters and Polycarbonates by Magnesium-based Lewis Acid Catalyst

  作者：Dr. Wuchao Zhao (趙武超), Zongpeng Guo (郭宗鵬), Prof. Jianghua He (何江華)* and Prof. Yuetao Zhang (張越濤)*

  Angewandte Chemie International Edition

  https://doi.org/10.1002/anie.202420688