在迅速發(fā)展的汽車、無(wú)線電和電力工業(yè)中，塑料被制成插頭、插座、收音機(jī)和電話外殼、螺旋槳、閥門(mén)、齒輪、管道等各種各樣物品上。常人無(wú)法想象，這是從煤焦油那樣的廉價(jià)產(chǎn)物中得到的，用途如此廣泛的材料，這就是20世紀(jì)的“煉金術(shù)”。
但塑料的迅猛發(fā)展也帶來(lái)了人們不愿意看到的廢棄塑料，引起的一系列社會(huì)問(wèn)題。塑料，已經(jīng)變成了當(dāng)前全球的巨大污染源。隨著這些不能被自然消除的塑料廢棄物的日益增多，不僅嚴(yán)重影響和污染了環(huán)境，甚至將危及人類的生存。
近日，華東理工大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院王艷芹教授課團(tuán)隊(duì)在循環(huán)經(jīng)濟(jì)：廢舊塑料催化轉(zhuǎn)化領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，該工作近期以“Towards the circular economy: converting aromatic plastic waste back to arenes over Ru/Nb2O5 catalyst”為題，發(fā)表于國(guó)際期刊Angew. Chem. Int. Ed.(doi.org/10.1002/anie.202011063)。
在塑料制品中，芳香塑料如PET、PS、PC、PPO等均是由芳香單體通過(guò)C-O和/或C-C鏈接而成的，而芳香單體是石油基的芳烴通過(guò)官能團(tuán)化得到。因此，催化轉(zhuǎn)化塑料制備芳烴具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，是實(shí)現(xiàn)塑料循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵一環(huán)。
王艷芹教授團(tuán)隊(duì)從化學(xué)鍵活化斷裂的角度，采用多功能Ru/Nb2O5催化劑，首次實(shí)現(xiàn)了廢舊芳香塑料內(nèi)C-O或/和C-C連接鍵的選擇性斷裂制備芳烴。Ru/Nb2O5催化劑不僅能轉(zhuǎn)化單一芳香塑料高選擇性地制備芳烴化學(xué)品，也能實(shí)現(xiàn)混合芳香塑料直接轉(zhuǎn)化制備芳烴，芳烴收率高達(dá)75～85%。相比于其它Ru催化劑, Ru/Nb2O5中Ru的配位數(shù)僅為5～6，以配位不飽和的邊緣位點(diǎn)為主，顆粒非常小，極小的Ru顆粒抑制了苯環(huán)和氫氣的共吸附，得到了可觀的芳烴選擇性。同時(shí)，Nb2O5上強(qiáng)的親氧位點(diǎn)NbOx物種具有優(yōu)異的活化C-O鍵的能力和吸附苯環(huán)的能力，其Brønsted酸位則能對(duì)吸附的苯環(huán)進(jìn)行質(zhì)子化協(xié)助對(duì)Csp2-Csp3鍵的活化，在小顆粒Ru解離的氫物種的協(xié)同作用下，實(shí)現(xiàn)了對(duì)芳香塑料內(nèi)C-O和C-C鍵的精準(zhǔn)活化斷裂。該工作為塑料循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了技術(shù)參考。
