寧波材料所在廢棄聚酯高效升級(jí)回收領(lǐng)域取得進(jìn)展
全球塑料年產(chǎn)量超4億噸，大量塑料在使用后被丟棄，回收率不到10%。這不僅導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染，還造成碳資源的巨大浪費(fèi)。其中，聚酯塑料因其分布廣、數(shù)量龐大及回收難度高等特點(diǎn)，成為當(dāng)前研究焦點(diǎn)。
中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所有機(jī)儲(chǔ)氫與催化團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于廢棄聚酯的高值化轉(zhuǎn)化研究，開(kāi)發(fā)了一系列新型釕基金屬催化劑，成功實(shí)現(xiàn)了廢棄聚酯的高效升級(jí)轉(zhuǎn)化，制備出關(guān)鍵化工原料1,4-環(huán)己烷二甲醇（Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202312564）。然而，現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中超過(guò)80%的聚酯與聚酰胺、聚氨酯、聚烯烴及棉等材料形成復(fù)合型聚酯纖維來(lái)使用。此類(lèi)聚酯纖維因雜質(zhì)含量高、成分復(fù)雜，極易導(dǎo)致催化劑中毒，難以實(shí)現(xiàn)有效分離與回收，過(guò)去只能通過(guò)填埋或焚燒方式處理。
針對(duì)上述難題，研究團(tuán)隊(duì)基于前期基礎(chǔ)，創(chuàng)新性地開(kāi)發(fā)了具有新型骨架結(jié)構(gòu)的三齒鉗形錳催化劑，首次實(shí)現(xiàn)了復(fù)合聚酯纖維廢棄物的催化加氫升級(jí)。該三齒鉗形錳催化劑表現(xiàn)出了優(yōu)異的催化活性，在條件溫和下（80-100°C，5 bar H2）可將聚酯廢棄物氫解為二醇類(lèi)產(chǎn)物，催化劑轉(zhuǎn)化數(shù)高達(dá)5300，選擇性為100%。催化反應(yīng)體系具有優(yōu)異的底物兼容性，不僅適用于單組分聚酯，還可以選擇性將含尼龍、聚乙烯、聚氨酯、聚氯乙烯、棉、顏料、金屬、玻璃等雜質(zhì)的混合廢棄聚酯塑料轉(zhuǎn)化為高價(jià)值的含氧化學(xué)品，收率可達(dá)89%-98%，并完成了15克級(jí)放大實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。機(jī)理研究表明，過(guò)拓展π體系和引入側(cè)鏈N-H官能團(tuán)，使三齒鉗形錳催化劑具有雙重金屬-配體協(xié)同作用，能有效促進(jìn)H?活化及氫鍵介導(dǎo)的負(fù)氫轉(zhuǎn)移等關(guān)鍵步驟，從而提升了催化劑的穩(wěn)定性與催化活性。該研究為豐產(chǎn)金屬催化劑開(kāi)發(fā)開(kāi)辟了新范式，也為廢棄聚酯混合物升級(jí)回收、實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的提供了新方案。
相關(guān)成果以“Selective and Efficient Upcycling of Polyesters from Waste Plastic Blends Enabled by a Rationally Designed Manganese Pincer Catalyst”為題，發(fā)表于化學(xué)領(lǐng)域頂級(jí)期刊《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》（Angew. Chem. Int. Ed. 2025, 64, e202502923）。
寧波材料所胡越副研究員為論文第一作者，謝銀君研究員為通訊作者。研究工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2022YFA0912004）、寧波市“3315引才計(jì)劃”（2020A-32-C）、寧波市自然科學(xué)基金（2022J287）的支持。
圖1 催化劑設(shè)計(jì)思路及聚酯氫解路線(xiàn)
圖2 底物普適性考察
圖3 催化反應(yīng)機(jī)理
（氫能與儲(chǔ)能材料技術(shù)實(shí)驗(yàn)室 謝銀君）
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