5月28日,华东师范大学姜雪峰教授与赵银松研究员团队在《自然·可持续性》(Nature Sustainability)发表突破性成果,首次提出可见光/丰产铜催化芳基脱砜氯代策略,在常温常压、空气兼容条件下实现聚砜塑料(PSFs)的高效化学回收。姜雪峰表示,这应当是世界上首次实现工程塑料在低能耗、真实场景下的降解回收。这一技术为聚砜塑料的高效化学回收开辟了新路径,推动塑料循环经济迈向新高度。
聚砜塑料(PSFs)凭借耐高温(玻璃化转变温度Tg高达230°C)、高强度(抗拉强度达110MPa)、抗化学腐蚀等媲美金属的特性,被广泛应用于医疗透析膜、航空航天部件、汽车机械外壳等高端领域,全球年需求量已达10万吨且持续增长。然而,其回收却面临世界级难题:一方面,聚合物主链中的芳基C (sp²)–SO₂键能高、分子链缠结紧密,传统化学方法难以断裂;另一方面,真实制品常混入聚烯烃、聚酯等复合塑料及色素、粘合剂、抗氧化剂等添加剂,导致降解过程复杂且低效。长期以来,PSFs退役后多以填埋或焚烧处理,不仅造成高值材料浪费,还可能释放有毒物质,成为塑料循环经济中的“卡脖子”环节。
团队开发的可见光/丰产铜催化体系以氯化铜(CuCl₂)为光催化剂、氯化钠/二氯甲烷为氯源、氧气为氧化剂,通过以下路径实现精准降解:
光激发活化:可见光照射下,铜盐配体发生金属电荷转移(LMCT),生成高活性氯自由基(Cl·);
定向断键:氯自由基如同 “分子剪刀”,选择性切断PSFs主链中的芳基C (sp²)–SO₂键,保留碳骨架完整性;
高值转化:高分子降解为二氯代双芳基醚单体,收率达85%,可直接用于合成新材料。
该项研究给出了一种极具应用意义的“新解”。基于光催化惰性键活化及塑料降解研究基础,研究发展了一种可见光/丰产铜催化的芳基脱砜氯代策略,以廉价易得的氯化铜为光催化剂,氯化钠/二氯甲烷为氯源,氧气为绿色氧化剂。通过可见光诱导铜盐配体发生金属电荷转移(LMCT),产生高活性氯自由基,精准断裂聚砜(PSFs)芳基C(sp²)–SO2键,并将其转化为高附加值的二氯代双芳基醚单体,收率高达85%。
该策略可降解回收四类二十种商用PSFs树脂及真实塑料废弃物(如医用透析膜、机械外壳、高强奶瓶等),同时实现了克级规模升级降解回收。此外,该策略在混合塑料中展现出良好的PSFs特异性回收,可以突破传统回收策略对原料纯净度的依赖。通过“精准脱砜氯代—定向升级回收”的创新路径,为废弃聚砜复合材料的高效化学回收提供了崭新的解决方案。
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