最新研究成果：新催化剂有望彻底降解塑料污染

许多人都看过这样的画面：海洋生物——海龟、海豚和海豹们被废弃的渔网缠住动弹不得，甚至悲惨死去。

尼龙6——这种存在于渔网、地毯和衣服等日常物品中的塑料成分，无法自行分解，一旦进入自然环境，就会造成水污染，破坏珊瑚，扼杀鸟类和海洋生物。

现在，西北大学的化学家开发出了一种新型催化剂，这种新型催化剂不仅可以在环境修复中发挥重要作用，还可以迈出将尼龙6废物升级改造为更高价值产品的第一步。

根据《科学日报》11月30日报道，该研究近期发表于《化学》杂志，并引用了西北大学温伯格艺术与科学学院托宾·马克斯的话：“塑料是我们社会的一部分；我们使用了很多塑料。但问题是：用完后我们该怎么办？理想情况下，我们不会焚烧它或将其放入垃圾填埋场，而是回收利用它。我们正在开发催化剂来解构这些聚合物，将它们恢复到原来的形式，这样它们就可以重复使用。”

致命难题

衣服、地毯、安全带……大多数人每天使用的各种材料中都含有尼龙 6。 但是，当人们用完这些材料后，它们最终会被扔进垃圾填埋场，甚至散落在自然环境中，包括海洋。 据世界野生动物联合会称，每年有多达 100 万磅的渔具被遗弃在海洋中，其中由尼龙 6 制成的渔网占太平洋垃圾带的至少 46%。“渔网在使用几年后就无法再用”，论文第一作者叶立伟（音：Liwei Ye）举例说，“渔网浸水后甚至很难将从海里拉出来，但更换成本低，所以最简单的就是渔网直接丢弃在水里并买新的。”

“海洋中有很多垃圾，”马克斯说， “纸板和食物垃圾可以生物降解。金属沉到底部。然后我们就剩下塑料了。”

目前处理尼龙 6的方法仅限于简单地将其掩埋在垃圾填埋场中。尼龙 6燃烧时会释放出氮氧化物等有毒污染物，这些污染物与各种健康并发症（包括过早死亡）有关。

尽管其他实验室已经探索了降解尼龙 6的催化剂，但这些催化剂需要极端条件（例如高达 350 摄氏度的温度）、高压蒸汽（能源昂贵且效率低下）或有毒溶剂，甚至导致更多污染。

“你可以将塑料溶解在酸中，但得到的是污染的水，”马克斯说。 “你用它做什么？我们的目标始终是使用绿色溶剂。而最绿色的溶剂就是没有溶剂。”

回收“积木” 升级改造

为了绕过这些问题，研究人员寻找了马克斯实验室已经开发的新型催化剂。该催化剂利用钇（一种地球上储量丰富的廉价金属）和镧系元素离子。当研究小组将尼龙 6 样品加热到熔化温度并在没有溶剂的情况下使用催化剂时，塑料就会分解，恢复到原来的结构，而不会留下副产品。

“你可以把聚合物想象成项链或珍珠串，”马克斯解释道。 “在这个类比中，每颗珍珠都是一个单体。这些单体是构建块。我们设计了一种方法来分解项链，但恢复这些珍珠。”

在实验中，马克斯和团队能够回收 99% 的塑料原始单体。 原则上，这些单体可以升级为更高价值的产品，目前对其强度和耐用性的需求很高。

“再生尼龙实际上比普通尼龙更值钱，”马克斯说。 “许多高端时尚品牌在衣服中使用再生尼龙。”

有效靶向

除了回收高产率的单体外，该催化剂还具有高选择性——仅靶向作用于尼龙聚合物，而不破坏周围的材料。这意味着工业界可以将该催化剂应用于大量未分类的废物并选择性地针对尼龙6。

“如果没有靶向催化剂，那么如何将尼龙与其他废物分离呢？” 马克斯说道。 “你需要雇人对所有废物进行分类，成本高且效率低下。但如果催化剂只降解尼龙并留下其他东西，那就非常高效了。”

回收这些单体还可以避免从头开始生产更多塑料。

在为新工艺申请专利后，马克斯和团队已经收到了潜在工业合作伙伴的兴趣。 他们希望其他人能够大规模使用他们的催化剂来帮助解决全球塑料问题。

“我们的研究代表了聚合物回收和可持续材料管理领域向前迈出的重要一步，”叶说。 “这种创新方法解决了当前回收技术的关键差距，为尼龙废物问题提供了实用且有效的解决方案。我们相信它对于减少塑料的环境足迹和促进循环经济具有重要意义。”

原文作者：阿曼达·莫里斯（材料由西北大学提供）

原文引用参考：

叶立伟（音：Liwei Ye）、刘晓阳（音：Xiaoyang Liu）、克里斯汀·B·贝克特、雅各布·罗斯鲍姆、克拉丽莎·林肯、琳达·J·布罗德贝尔特、尤西·克拉蒂什、托宾·J·马克斯。 《用于尼龙 6 塑料快速、选择性和无溶剂解聚的催化剂金属配体设计》。《 化学》，2023；DOI: 10.1016/j.chempr.2023.10.022