美国研究人员开发尼龙回收新工艺 产率超过90%-环球速读
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尼龙-6是一种坚韧、不可生物降解的塑料,而且无法通过传统方法进行回收。据外媒报道,美国研究人员开发了一种新的尼龙-6回收方法,使用易于获得的三酰胺镧(lanthanum trisamido)催化剂,可以高选择性、近乎定量地解聚尼龙-6,而无需溶剂,从而在适当温度下回收单体——ε-己内酰胺(ε-caprolactam)。按顺序从聚合物的一端取出单体,就像从珠链上取出珍珠一样。
(图片来源:wiley)
在汽车制造、包装、基础设施、纺织和渔业等领域,尼龙面料是许多应用中的首选材料。其具有优越的性能,如弹性、耐化学性、高抗拉强度和高耐磨性,但这也影响了材料的生物降解性。举例来说,在海洋塑料垃圾中,废弃的尼龙渔网约占10%。
在工业上,通过对ε-己内酰胺进行开环聚合,可制成不同的尼龙-6材料,年产量约为500万吨。因此产生的废弃物也很多,造成了严重的环境影响。此外,生产尼龙-6的碳排放也很大。这种ε-己内酰胺单体,是使用化石基原材料通过高成本的多步骤工艺制成。对其进行回收,可以节省资源和能源,并减少生产成本。
虽然其他一些塑料的回收进程正在缓慢加速,但尼龙-6很难进行回收。将其融化成为一种新的形式是不可能的,因其在高温下会部分分解;将其燃烧以用于能源生产也不可行,因为会形成氢氰酸等有毒化合物;使用以前的化学回收方式,已证明过于复杂且低效,或者需要使用有问题的化学物质。
由西北大学(Northwestern University)和国家可再生能源实验室(National Renewable Energy Laboratory )的研究人员Yosi Kratish和Tobin J. Marks负责的团队现已开发出一种新的、高效的催化工艺,可用于回收尼龙-6。
通过这种方法,可以将尼龙-6解聚为ε-己内酰胺,并实现95%以上的选择性,产率超过90%。同时,不需使用溶剂或有毒化学品,只需相对温和的温度(240℃)环境。聚乙烯、聚丙烯或聚对苯二甲酸乙二醇酯的混合物不会产生干扰。
该团队的成功受益于一种基于商用稀土金属三酰胺络合物的催化剂。镧络合物表现出最高的催化活性。研究人员通过实验数据和计算提出了一种创新反应机制。在第一步中,将氢离子从末端的酰胺N-H键上移除,并将催化剂共价结合到聚合物上。随后,在回咬(backbiting)过程中,将ε-己内酰胺单元逐个从链的末端分离。
标签: 尼龙-6 尼龙回收 三氨基镧催化剂 稀土金属三酰胺络合物