一、實(shí)現(xiàn)塑料【導(dǎo)讀】?
廢棄塑料及含塑料材料的回收大量排放給全球生態(tài)系統(tǒng)帶來了巨大壓力，形成了一場緊迫的工藝環(huán)境危機(jī)。為降低資源消耗和減緩廢棄物對(duì)環(huán)境的材料破壞，發(fā)展塑料與含塑料復(fù)合材料的實(shí)現(xiàn)塑料循環(huán)經(jīng)濟(jì)已勢在必行。雖然化學(xué)回收被視為最具潛力的回收回收途徑之一，但環(huán)氧樹脂和輕質(zhì)纖維增強(qiáng)環(huán)氧復(fù)合材料的工藝回收仍是一大難題。尤其是材料高性能輕質(zhì)纖維增強(qiáng)環(huán)氧復(fù)合材料的回收，亟待找到可行且有效的實(shí)現(xiàn)塑料解決方案。
隨著風(fēng)能技術(shù)的回收廣泛應(yīng)用，廢棄風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的工藝數(shù)量不斷攀升，這使得環(huán)氧樹脂及其復(fù)合材料的材料有效回收策略變得至關(guān)重要。解決這一問題將有助于減輕廢棄材料對(duì)環(huán)境的實(shí)現(xiàn)塑料負(fù)面影響，推動(dòng)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的回收發(fā)展。然而，工藝熱固性塑料的回收仍然頗具挑戰(zhàn)性。。
二、【成果掠影】
近日，丹麥奧胡斯大學(xué)的Troels Skrydstrup和Alexander Ahrens報(bào)道了一種創(chuàng)新的過渡金屬催化策略，該策略可從環(huán)氧復(fù)合材料中回收聚合物構(gòu)筑基元雙酚A和完整纖維。這一以釕為催化劑的脫氫/鍵斷裂/還原串聯(lián)反應(yīng)能有效斷開聚合物中最常見的C（烷基）-O鍵。他們展示了這種方法在相關(guān)的未修飾胺固化環(huán)氧樹脂和商業(yè)復(fù)合材料中的應(yīng)用，包括風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的外殼。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，化學(xué)回收熱固性環(huán)氧樹脂和復(fù)合材料是切實(shí)可行的。相關(guān)成果以“Catalytic disconnection of C–O bonds in epoxy resins and composites”為題發(fā)表在Nature上。
?三、【核心創(chuàng)新點(diǎn)】
該研究報(bào)道了一種創(chuàng)新性的化學(xué)回收方法，可從環(huán)氧復(fù)合材料中回收聚合物結(jié)構(gòu)基元和纖維。
?四、【數(shù)據(jù)概覽】
圖1 熱固性環(huán)氧樹脂中的目標(biāo)C-O鍵和相關(guān)模型化合物的催化解構(gòu)。? 2023 Springer Nature
a.環(huán)氧樹脂交聯(lián)基體的示意圖和鍵合基團(tuán)的分子結(jié)構(gòu)。
b.針對(duì)不同的模型基質(zhì)優(yōu)化的反應(yīng)條件，考慮到鍵合基團(tuán)和結(jié)構(gòu)基元
圖2Ru催化C-O鍵斷裂的機(jī)理 ? 2023 Springer Nature
a.Ru催化的受體無機(jī)化脫氫反應(yīng)
b.斷開C-O鍵的催化循環(huán)機(jī)理
c.檢測到丙酮作為斷開產(chǎn)物
d.模型1的解構(gòu)動(dòng)力學(xué)曲線
圖3 環(huán)氧樹脂的催化解構(gòu)。 ? 2023 Springer Nature
使用催化反應(yīng)條件解構(gòu)的環(huán)氧樹脂范圍 ；實(shí)驗(yàn)在氬氣氛下進(jìn)行，通過柱層析分離后，通過收率確定產(chǎn)物
圖4使用Ru催化從商業(yè)環(huán)氧復(fù)合材料中回收BPA和纖維 ?? 2023 Springer Nature
a.經(jīng)過催化作用的復(fù)合材料樣品范圍。
b.在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片上升級(jí)解構(gòu)條件。
圖5商業(yè)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料和玻璃纖維的表征? 2023 Springer Nature
a.X射線微型計(jì)算機(jī)斷層掃描，通過重建的圖像堆顯示纖維橫截面的虛擬切片。
b.重建圖像堆的3D渲染，顯示纖維組織；對(duì)應(yīng)空氣的灰度級(jí)已經(jīng)被渲染成透明；比例參見a中的二維切片。
c.通過分析X射線μ-CT數(shù)據(jù)獲得的纖維直徑的直方圖。
d.純凈纖維和回收纖維的XPS C 1s高分辨率光譜。
e-h. 純凈（e、f）和回收纖維（g、h）的SEM圖像。
五、【成果啟示】
總之，這項(xiàng)研究旨在開發(fā)一種化學(xué)回收方法，通過選擇性地?cái)嚅_環(huán)氧樹脂固有的鍵合基團(tuán)，而非人為設(shè)置的斷裂點(diǎn)或破壞基體分子結(jié)構(gòu)。通過針對(duì)樹脂生產(chǎn)過程中形成的鍵，不僅能從聚合物中釋放纖維，還可以回收有價(jià)值的聚合物構(gòu)筑基元。因此，這種方法有助于實(shí)現(xiàn)環(huán)氧樹脂和纖維的循環(huán)利用，通過利用回收得到的基礎(chǔ)化學(xué)品生產(chǎn)新的聚合物。
原文詳情：Ahrens, A., Bonde, A., Sun, H. et al. Catalytic disconnection of C–O bonds in epoxy resins and composites. Nature (2023).
https://doi.org/10.1038/s41586-023-05944-6
本文由jiojio供稿
