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傳統(tǒng)高分子PMMA登上Science丨“可見光 氯溶劑”實現(xiàn)廢舊有機玻璃的“一鍵還原”

2025-03-14 10:17:57廢塑料新觀察閱讀量：19792 我要評論


　　塑料的廣泛應用帶來了嚴重的環(huán)境問題，尤其是傳統(tǒng)回收技術的局限性。目前主流的機械回收法(如熔融再造)會導致塑料性能下降(“降級回收”)，而化學回收雖能再生單體，卻依賴高溫(>400℃)或特殊設計的“定制塑料”(含預裝弱鍵)，難以直接處理市售塑料。以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA，俗稱有機玻璃)為例，全球年產(chǎn)量超390萬噸，但回收率不足10%，亟需一種普適、高效且低成本的解聚技術。
 
　　據(jù)此，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學院(ETH)Athina Anastasaki教授團隊報道了一種主鏈引發(fā)、可見光觸發(fā)的解聚，可直接應用于含有未公開雜質(zhì)(例如共聚單體、添加劑或染料)的商業(yè)聚合物。2025年2月20日，相關研究以題為“ Visible light–triggered depolymerization of commercial polymethacrylates”的論文發(fā)表在頂級學術期刊Science上。
 
　　編者按
 
　　該工作的突破性在于“主鏈觸發(fā)”解聚機制，徹底擺脫了對預裝弱鍵的依賴，首次實現(xiàn)了商業(yè)塑料的直接高效回收。相比現(xiàn)有技術，其優(yōu)勢顯著：①技術顛覆性：傳統(tǒng)化學回收依賴定制塑料(如RAFT/ATRP合成)，而新方法直接針對主鏈，適用范圍大幅擴展。② 經(jīng)濟可行性：可見光驅(qū)動、溶劑循環(huán)、單體易提純，降低了規(guī)?；T檻。
 
　　圖1. PMMA的解聚方法.(左)通過不穩(wěn)定的鏈端通過不穩(wěn)定的鏈末期解聚. (右)主鏈引起的解聚，而無需任何不穩(wěn)定組。
 
　　— 1—
 
　　技術突破：可見光觸發(fā)，無需弱鍵也能解聚
 
　　利用可見光（415納米）觸發(fā)氯自由基反應，直接分解普通商業(yè)塑料的主鏈。其核心亮點如下：
 
　　無需“定制塑料”
 
　　傳統(tǒng)方法依賴預裝弱鍵(如硫酯、鹵素端基)，而新技術直接從塑料主鏈啟動解聚，適用于含雜質(zhì)、添加劑或染料的市售產(chǎn)品(如彩色有機玻璃)。
 
　　低溫高效，近100%回收率
 
　　在150℃和可見光照射下，PMMA的單體回收率高達98%，分子量范圍覆蓋工業(yè)級(最高達160萬克/摩爾)。實驗證明，即使塑料經(jīng)過高溫加工或含丙烯酸酯共聚物(抑制解聚的常見工業(yè)手段)，回收率仍超90%。
 
　　規(guī)?；瘽摿?/strong>
 
　　團隊成功完成10克級解聚實驗，并通過蒸餾提純單體，溶劑可循環(huán)使用5次以上，顯著降低能耗與成本。
 
圖2. 通過主鏈啟動，可見光觸發(fā)了PMMA的解聚。
 
　　— 2—
 
　　氯自由基的“剪刀效應”
 
　　技術的關鍵在于溶劑**1,2-二氯苯(DCB)**在光照下釋放氯自由基，其作用機制如下：
 
　　光激發(fā)產(chǎn)生活性氯：可見光促使DCB中的C-Cl鍵斷裂，生成氯自由基。
 
　　主鏈“剪斷”：氯自由基攻擊塑料主鏈的C-H鍵，引發(fā)β斷裂，逐級解聚為單體甲基丙烯酸甲酯(MMA)。
 
　　動態(tài)控制：通過開關光源即可啟停反應，避免副產(chǎn)物累積。
 
圖3. 探討了主鏈引發(fā)解聚的機理。
 
　　實驗還通過電子順磁共振(EPR)和理論計算驗證了該機制(圖3)，確認氯自由基是核心驅(qū)動力，而非傳統(tǒng)端基或熱解作用。
 
　　— 3—
 
　　實際應用前景：直面行業(yè)痛點
 
　　兼容復雜廢塑料
 
　　市售有機玻璃(如Plexiglas)常含染料、增塑劑，傳統(tǒng)方法易受干擾。新技術對黃、藍、紅、綠等彩色樣品均實現(xiàn)94%~98%解聚率(圖4A)。
 
　　混合廢料處理
 
　　與PET、聚乙烯等混合時，解聚率仍超90%(PVC因含氯干擾降至69%)。
 
　　溶劑循環(huán)與經(jīng)濟性
 
　　解聚溶劑可重復使用，且單體蒸餾簡單(沸點差113℃)，適合工業(yè)化放大。
 
　　圖4. 商業(yè)有機玻璃的脫聚反應.(A)不同顏色的有機玻璃的最終解聚轉(zhuǎn)化. 混合有機玻璃的(B)大規(guī)模2米解聚，以及(C)多環(huán)使用溶劑進行藍色有機玻璃解聚. 誤差條表示>3次實驗的標準差.
 
　　該技術突破了傳統(tǒng)解聚的兩大瓶頸：一方面是普適性：直接處理市售塑料，無需分類或預處理。另一方面是可持續(xù)性：低溫節(jié)能，避免高溫熱解的污染與高耗能。若大規(guī)模應用，有望將PMMA等塑料的回收率從不足10%提升至90%以上，推動“閉環(huán)循環(huán)”真正落地。
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