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三氟甲磺酸盐促进聚己内酯塑料的氢解回收

收稿日期:2024-10-30 修回日期:2025-01-20 接受日期:2025-01-24

DOI:10.20078/j.eep.20250207

摘要:塑料的应用广且年产量巨大,同时还会产生大量废弃塑料,因无法对其进行有效处理而对环境造成了严重污染。因此,寻找绿色高效的回收方法对解决这一问题至关重要。氢解是一种较新颖的降解回收策略,可以将聚酯塑料还原为单体或高附加值化学品。通过ε-己内酯单... 展开+
摘要:

塑料的应用广且年产量巨大,同时还会产生大量废弃塑料,因无法对其进行有效处理而对环境造成了严重污染。因此,寻找绿色高效的回收方法对解决这一问题至关重要。氢解是一种较新颖的降解回收策略,可以将聚酯塑料还原为单体或高附加值化学品。通过ε-己内酯单体催化开环聚合得到的烷基聚酯塑料聚己内酯(PCL)。PCL具有良好的力学性能和生物相容性,是一种广泛使用的可生物降解塑料,但其回收率较低。本研究在无溶剂条件下,以廉价的钴膦络合物和金属三氟甲磺酸盐作为催化剂,实现了PCL的高效氢解,采用气相色谱、核磁共振氢谱对反应后产物进行分析。探究氢气压力和温度对反应的影响,并确定最佳条件,即在160℃、6 MPa氢压、10%(摩尔分数,下同)Co(OAc)2-triphos(1,1,1-三(二苯基膦甲基)乙烷)和10%Sc(OTf)3(三氟甲磺酸盐钪)催化剂下反应12 h,可以高效解聚PCL,以99%的转化率和99%的产率得到1,6-己二醇,当氢压降至2 MPa,Co(OAc)2-triphos和Sc(OTf)3的量均减少至1%时,仍能以99%的转化率和97%的产率得到1,6-己二醇,这是一种价值较高的精细化学品和重要中间体。PCL氢解反应机理为强路易斯酸性的金属三氟甲磺酸盐催化其重排,而中等路易斯酸性的金属三氟甲磺酸盐则无法催化重排,只能削弱聚酯上羰基的作用;Co(OAc)2-triphos体系可以催化羰基加氢,而Ni(OAc)2-triphos体系只能氢化C=C。因此,使用Co(OAc)2-triphos体系和Sc(OTf)3催化时,先促进PCL加氢反应形成半缩醛,后发生分子内1,3-氢转移,PCL解聚为6-羟基己醛,再加氢C=C得到1,6-己二醇。本研究为废弃PCL塑料的提质回收提供了一种可行的策略。 

收起-

作者:

  • 沈杰1,2
  • 崔浩3
  • 邓晋1,2,4,*

作者简介

第一作者:沈杰(2002—),男,安徽芜湖人,硕士研究生,主要研究方向为生物质能源化工模拟及 LCA 分析。E-mail:sjsjsj@mail.ustc.edu.cn
通讯作者:邓晋(1981—),男,湖南长沙人,副研究员,主要研究方向为有机固废资源的绿色催化转化、生物质平台分子的精准转化、绿色催化过程的生命周期评估和技术经济分析。E-mail:dengjin@ustc.edu.cn

单位

  • 1.中国科学技术大学 精准智能化学重点实验室
  • 2.中国科学技术大学 先进技术研究院
  • 3.合肥利夫生物科技公司
  • 4.中国科学技术大学 化学与材料科学学院应用化学系

关键字

  • 三氟甲磺酸盐
  • PCL
  • 氢解
  • 塑料回收
  • 钴膦络合物

基金项目

国家自然科学基金面上资助项目(22478374,22279125)

引用格式

沈杰, 崔浩, 邓晋. 三氟甲磺酸盐促进聚己内酯塑料的氢解回收[J/OL]. 能源环境保护: 1-7[2025-02-26]. https://doi.org/10.20078/j.eep.20250207.

SHEN Jie, CUI Hao, DENG Jin. Hydrogenolysis Recycling of Polycaprolactone Plastics Promoted by Trifluoromethanesulfonates[J/OL]. Energy Environmental Protection: 1-7[2025-02-26]. https://doi.org/10.20078/j.eep.20250207.

SHEN Jie, CUI Hao, DENG Jin. Hydrogenolysis Recycling of Polycaprolactone Plastics Promoted by Trifluoromethanesulfonates[J/OL]. Energy Environmental Protection: 1-7[2025-02-26]. https://doi.org/10.20078/j.eep.20250207.

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