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C-X高分子材料的催化解聚循环利用基础与应用研究
时间:2023-11-06


塑料不可持续的线性经济模式不仅导致有限化石资源的快速消耗,而且造成过量碳排放和塑料垃圾等严峻的全球共性环境问题。针对塑料从生产制造、使用到废弃生命周期中的问题和需求,发展化学回收到聚合单体和高附加值化学品的新反应和新方法,形成解聚、回收与高值化利用技术,具有重要的社会经济价值(图1)。


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图1. 塑料循环经济的发展需求


      研究中心以C-X材料化学键选择性活化与重组的科学问题为核心,进行应用基础性研究,期望实现C-X材料定向解聚、高效回收与高值化利用(图2)。


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图2. C-X循环材料的催化解聚研究思路


通过催化剂源头创新,设计合成了新型高效、高选择性的聚酯解聚催化剂。针对工程塑料之首聚碳酸酯,研究了高效醇解、胺醇解解聚新策略,将PC塑料解聚到单体和高附加值化学品(ACS Sustainable Chem. Eng. 2022, 10, 9860; ACS Sustainable Chem. Eng. 2022, 10, 4529; Green Chem. 2023, 25, 952);开发了“降解产物促进”的胺解新策略,实现了PC塑料的无催化剂或辅助溶剂的绿色解聚;并提出了针对混合塑料高效化学升级回收的分级解聚策略,为混合废弃塑料的处理提供了技术思路。同时,系统研究了聚乳酸PLA(ACS Sustainable Chem. Eng. 2020, 8, 18347; Chinese Chem. Lett. 2023, 34, 108158; Macromolecules 2022, 55, 1726)、聚己内酯PCL(Macromolecules 2023, 56, 10143; Chem. Asian J. 2022, e202200667; Polym. Chem. 2022, 13, 5897; Sustain. Mater. Techno. 2024, 39, e00823)、聚-β-羟丁酸PHB(Polym. Degrad. Stabil. 2023, 214, 110413; Polym. Degrad. Stabil. 2023, 218, 110591)、聚乙交酯(PGA)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等其他不同类型聚酯塑料的催化解聚反应。构建了C-X聚酯材料可控解聚的绿色循环利用体系,推动了塑料废弃物循环经济的应用基础性研究。


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图3. 代表性文章


通过催化解聚技术创新,突破了系列聚酯塑料化学解聚回收到聚合单体和高附加值化学品的中试关键技术,形成了体系均一、解聚高效、产品无色透明的聚碳酸酯解聚化学回收中试关键技术,发展了聚乳酸到单体、高附加值小分子或新聚乳酸材料的可控、温和、高效的化学回收解聚关键技术。相关解聚技术正在进行产业化推广。技术已申请发明专利40余项,授权发明专利15项,PCT专利1项,其中专利ZL202010877970.5实现了成果转化,许可企业进行全国首台套百吨级聚乳酸解聚中试示范。


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4. 代表性专利


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