Nature：实现塑料回收的新工艺

一、 【导读】 

废弃塑料及含塑料材料的大量排放给全球生态系统带来了巨大压力，形成了一场紧迫的环境危机。为降低资源消耗和减缓废弃物对环境的破坏，发展塑料与含塑料复合材料的循环经济已势在必行。虽然化学回收被视为最具潜力的回收途径之一，但环氧树脂和轻质纤维增强环氧复合材料的回收仍是一大难题。尤其是高性能轻质纤维增强环氧复合材料的回收，亟待找到可行且有效的解决方案。

随着风能技术的广泛应用，废弃风力涡轮机叶片的数量不断攀升，这使得环氧树脂及其复合材料的有效回收策略变得至关重要。解决这一问题将有助于减轻废弃材料对环境的负面影响，推动循环经济的发展。然而，热固性塑料的回收仍然颇具挑战性。。

二、【成果掠影】

近日，丹麦奥胡斯大学的Troels Skrydstrup和Alexander Ahrens报道了一种创新的过渡金属催化策略，该策略可从环氧复合材料中回收聚合物构筑基元双酚A和完整纤维。这一以钌为催化剂的脱氢/键断裂/还原串联反应能有效断开聚合物中最常见的C（烷基）-O键。他们展示了这种方法在相关的未修饰胺固化环氧树脂和商业复合材料中的应用，包括风力涡轮机叶片的外壳。实验结果表明，化学回收热固性环氧树脂和复合材料是切实可行的。相关成果以“Catalytic disconnection of C–O bonds in epoxy resins and composites”为题发表在Nature上。

 三、【核心创新点】

该研究报道了一种创新性的化学回收方法，可从环氧复合材料中回收聚合物结构基元和纤维。

 四、【数据概览】

图1 热固性环氧树脂中的目标C-O键和相关模型化合物的催化解构。 © 2023 Springer Nature

a.环氧树脂交联基体的示意图和键合基团的分子结构。

b.针对不同的模型基质优化的反应条件，考虑到键合基团和结构基元

图2 Ru催化C-O键断裂的机理 © 2023 Springer Nature

a.Ru催化的受体无机化脱氢反应

b.断开C-O键的催化循环机理

c.检测到丙酮作为断开产物

d.模型1的解构动力学曲线

图3 环氧树脂的催化解构。 © 2023 Springer Nature

使用催化反应条件解构的环氧树脂范围 ；实验在氩气氛下进行，通过柱层析分离后，通过收率确定产物

图4 使用Ru催化从商业环氧复合材料中回收BPA和纤维  © 2023 Springer Nature

a.经过催化作用的复合材料样品范围。

b.在风力涡轮机叶片上升级解构条件。

图5 商业纤维增强复合材料和玻璃纤维的表征 © 2023 Springer Nature

a.X射线微型计算机断层扫描，通过重建的图像堆显示纤维横截面的虚拟切片。

b.重建图像堆的3D渲染，显示纤维组织；对应空气的灰度级已经被渲染成透明；比例参见a中的二维切片。

c.通过分析X射线μ-CT数据获得的纤维直径的直方图。

d.纯净纤维和回收纤维的XPS C 1s高分辨率光谱。

e-h. 纯净（e、f）和回收纤维（g、h）的SEM图像。

五、【成果启示】

总之，这项研究旨在开发一种化学回收方法，通过选择性地断开环氧树脂固有的键合基团，而非人为设置的断裂点或破坏基体分子结构。通过针对树脂生产过程中形成的键，不仅能从聚合物中释放纤维，还可以回收有价值的聚合物构筑基元。因此，这种方法有助于实现环氧树脂和纤维的循环利用，通过利用回收得到的基础化学品生产新的聚合物。

原文详情：Ahrens, A., Bonde, A., Sun, H. et al. Catalytic disconnection of C–O bonds in epoxy resins and composites. Nature (2023).

https://doi.org/10.1038/s41586-023-05944-6

本文由jiojio供稿