Nature Sustainability: 实现聚乳酸塑料转化制备甲基丙烯酸甲酯！

石浩东大化所 1年前 (2023-06-11) 1939浏览

 

  • 【导读】

塑料是一类重要合成材料，随着社会的日益发展其产量逐渐增加，截至2022年我国年产量已高达近8000万吨。据报道绝大部分废塑料使用后被直接弃置、填埋或焚烧，造成了严重的环境污染和资源浪费问题。采用包括聚乳酸（PLA）在内的生物可降解塑料是解决塑料污染的一种可行性方案。然而，聚乳酸废塑料在实际环境中的降解速度非常缓慢，并且最终以CO2的形式释放，造成了碳资源的巨大浪费。因此，将包含聚乳酸在内的各类生物可降解废塑料转化为高附加值化学品是实现碳资源循环利用的重要途径。

 

二、【成果掠影】

近日，北京大学化学与分子工程学院马丁教授/王蒙副研究员课题组首次报道了一种通过两步催化反应将聚乳酸塑料转化为甲基丙烯酸甲酯的新过程。在第一步通过醇解和加氢脱氧过程实现聚乳酸废塑料高效制备丙酸甲酯。下一步借助催化剂实现丙酸甲酯和甲醛向甲基丙烯酸甲酯的高效转化。整个反应过程中无需外加氢气。相关研究成果以“Valorization of waste biodegradable polyester for methyl methacrylate production”为题在Nature Sustainability上发表。

 

三、【核心创新点】

√采用“碳循环（carbon circulation）”的转化思路，将PLA转化为高附加值化学品的新方法具有比自然降解路径更大的优势，第一步在α-MoC催化剂上实现了>99%的转化率和98%的MP选择性。第二步是将获得的MP转换为目标MMA，转化率为81%，MMA选择性为90%。更重要的是，在整个过程中不需要外部的H2。

 四、【数据概览】

图1从PLA到MMA的回收路线。©2023 Springer Nature

图2 PLA在α-MoC上的选择性分析。(a) 第一步加氢脱氧的过程示意图。（b）第一步反应的动力学曲线。（c-d）反应的活化能。（e）甲醇和LA比值对产率的影响。©2023 Springer Nature

图3  聚酯向烷基酯的催化转化。（a）PLA制品的前处理。（b-d）聚酯向烷基酯的催化转化的动力学曲线及产物选择性。©2023 Springer Nature

图4使用废PLA生产MMA。(a) Cs-La/SiO2催化剂催化丙酸甲酯和甲醛向甲基丙烯酸甲酯的高效转化。(b) 聚乳酸的加氢脱氧催化结果。 (c)使用商业聚乳酸吸管（约含83% PLA）评估了聚乳酸两步法转化为甲基丙烯酸甲酯的效率，6 g 聚乳酸吸管经过两步催化转化可获得2.5 g甲基丙烯酸甲酯和2.1 g丙酸甲酯。©2023 Springer Nature

 

五、【成果启示】

本文开发了一种可持续的工艺，能够有限的将废聚酯转化为高附加值化学品。基于两步催化过程，表明α-MoC催化系统中实现了对目标产物的高转化率和选择性。更重要的是，整个转化过程不使用任何外部高压H2，这为这种聚合物估值过程增加了可持续性优势。这种对可生物降解聚酯进行升级再造的方法不仅可以激发各种废塑料的升级再造工艺的发展，还可以证明将塑料废物作为碳资源生产高价值产品的可行性，以实现可持续的循环经济。

原文详情：https://www.nature.com/articles/s41893-023-01082-z

本文由图图供稿

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