日本团队开发新型催化剂选择性分解混合塑料中聚氨酯
2026-07-10 09:04
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维度网讯,日本九州大学(Kyushu University)、东京大学(University of Tokyo)和日本国立产业技术综合研究所(National Institute of Advanced Industrial Science and Technology)的研究团队在2026年7月9日出版的《德国应用化学国际版》(Angewandte Chemie International Edition)上报告了一种新型催化剂,能够选择性地分解混合塑料废弃物中的聚氨酯(PU),同时保留共存的聚酯和聚酰胺材料完整,以便进一步加工和回收。该论文被期刊选为热点论文。

大多数日常塑料制品由不同类型的塑料制成,这些塑料在熔化时难以混合,导致回收过程中产生受污染的材料。分拣困难且成本高昂,因此大部分混合塑料废弃物最终被焚烧或掩埋,造成材料永久流失。PET瓶可以清洗、粉碎、熔化并实现回收,但聚氨酯作为第六大广泛使用的聚合物,存在于纺织品、海绵和汽车座椅中,仍基本处于回收系统之外。与PET不同,聚氨酯加热时不会熔化,需要直接断裂化学键才能处理。挑战在于,聚氨酯在实际产品中几乎总是与聚酯和尼龙混合或粘合,现有的化学方法在分解聚氨酯的同时会损坏其他材料。

研究团队找到了一种解决方法,通过将铱基催化剂与酚盐活化剂结合,并在130至170摄氏度下使用氢气,成功降解了混合塑料废弃物中的聚氨酯,而共存的聚酯和尼龙完全保持不变。九州大学工学院的岩崎孝则(Takanori Iwasaki)教授指出,在标准化学中,酯比酰胺反应活性更高,酰胺比氨基甲酸酯反应活性更高,这意味着聚酯应在尼龙之前分解,尼龙在聚氨酯之前分解。通过结合铱催化剂和合适的添加剂,该团队翻转了这个反应顺序,使反应活性最低的键最先被切断,而反应活性更高的键则未被触及。

除了实验室实验,该团队还在真实商业产品上测试了该方法。一块厨房海绵和混纺内衣(含有聚氨酯与聚酯和尼龙)被成功处理,聚氨酯分解成可重复使用的成分,而聚酯和尼龙保持完整。该方法还适用于手机壳和报废汽车座椅。由于该过程在一步中实现了材料分离和化学回收,它为这些长期被认为过于复杂而无法处理的废弃物开辟了新的处理路径。

该团队特别看好报废车辆回收和床垫处理这两个行业,这些行业目前产生大量聚氨酯废弃物,但回收方案有限。岩崎孝则补充说,日本新干线列车的新型号已用聚酯取代了聚氨酯座椅垫,虽然更容易回收,但舒适度明显降低。如果能正确处理混合塑料,制造商就不再需要做出这种权衡。该团队承认,成本和可扩展性仍有待解决。铱是催化剂的核心金属,比金更稀有且更昂贵,寻找更便宜的替代品并提高催化效率是接下来的关键步骤。岩崎孝则反思道,塑料回收只是开始,作为一名有机化学家,最让他兴奋的是能够选择性地覆盖化学反应规则,希望这能在基础化学与现实问题之间架起更多桥梁,从塑料废物到药物合成乃至更多领域。

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