5月28日,華東師范大學姜雪峰教授與趙銀松研究員團隊在《自然·可持續性》(Nature Sustainability)發表突破性成果,首次提出可見光/豐產銅催化芳基脫砜氯代策略,在常溫常壓、空氣兼容條件下實現聚砜塑料(PSFs)的高效化學回收。姜雪峰表示,這應當是世界上首次實現工程塑料在低能耗、真實場景下的降解回收。這一技術為聚砜塑料的高效化學回收開辟了新路徑,推動塑料循環經濟邁向新高度。
聚砜塑料(PSFs)憑借耐高溫(玻璃化轉變溫度Tg高達230°C)、高強度(抗拉強度達110MPa)、抗化學腐蝕等媲美金屬的特性,被廣泛應用于醫療透析膜、航空航天部件、汽車機械外殼等高端領域,全球年需求量已達10萬噸且持續增長。然而,其回收卻面臨世界級難題:一方面,聚合物主鏈中的芳基C (sp2)–SO?鍵能高、分子鏈纏結緊密,傳統化學方法難以斷裂;另一方面,真實制品常混入聚烯烴、聚酯等復合塑料及色素、粘合劑、抗氧化劑等添加劑,導致降解過程復雜且低效。長期以來,PSFs退役后多以填埋或焚燒處理,不僅造成高值材料浪費,還可能釋放有毒物質,成為塑料循環經濟中的“卡脖子”環節。
團隊開發的可見光/豐產銅催化體系以氯化銅(CuCl?)為光催化劑、氯化鈉/二氯甲烷為氯源、氧氣為氧化劑,通過以下路徑實現精準降解:
光激發活化:可見光照射下,銅鹽配體發生金屬電荷轉移(LMCT),生成高活性氯自由基(Cl·);
定向斷鍵:氯自由基如同 “分子剪刀”,選擇性切斷PSFs主鏈中的芳基C (sp2)–SO?鍵,保留碳骨架完整性;
高值轉化:高分子降解為二氯代雙芳基醚單體,收率達85%,可直接用于合成新材料。
該項研究給出了一種極具應用意義的“新解”。基于光催化惰性鍵活化及塑料降解研究基礎,研究發展了一種可見光/豐產銅催化的芳基脫砜氯代策略,以廉價易得的氯化銅為光催化劑,氯化鈉/二氯甲烷為氯源,氧氣為綠色氧化劑。通過可見光誘導銅鹽配體發生金屬電荷轉移(LMCT),產生高活性氯自由基,精準斷裂聚砜(PSFs)芳基C(sp2)–SO2鍵,并將其轉化為高附加值的二氯代雙芳基醚單體,收率高達85%。
該策略可降解回收四類二十種商用PSFs樹脂及真實塑料廢棄物(如醫用透析膜、機械外殼、高強奶瓶等),同時實現了克級規模升級降解回收。此外,該策略在混合塑料中展現出良好的PSFs特異性回收,可以突破傳統回收策略對原料純凈度的依賴。通過“精準脫砜氯代—定向升級回收”的創新路徑,為廢棄聚砜復合材料的高效化學回收提供了嶄新的解決方案。
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