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山西煤化所在密胺樹脂化無毒降解回收方面取得進展
 
發布時間:2021-10-19 發布者:山西煤化所 字體<    >

  三聚氰胺甲醛樹脂(MFRs)簡稱三聚氰胺樹脂,又稱密胺甲醛樹脂或密胺樹脂,是一種重要的三嗪環化合物。近十年來,隨著快餐行業的快速發展,MFRs由于其輕巧美觀、經久耐用、不易碎等性能,被廣泛應用于餐飲業及兒童飲食業等。廢舊的MFRs作爲固體廢物不但會占用大量的生産生活用地,更會由于其難以降解的特性對環境産生嚴重的影響。化學回收條件相對溫和,通過精細調節溶劑體系可以選擇性打開樹脂中的某些化學鍵,降解産物主要是樹脂基體解聚産物(單體及其衍生物),可重新回收利用,而且可以避免熱解過程中産生的劇毒小分子。

  廢舊的MFRs如果不能得到有效的處理,作爲固體廢物不但會占用大量的生産生活用地,更會由于其難以降解的特性對環境産生嚴重的影響。目前,廢棄高分子的回收方法的研究主要有機械回收、熱解回收和化學回收。機械回收的方法主要將高分子研磨粉碎,作爲填充劑添加到新材料中以增強材料的機械性能,工藝簡單,通用性好,但是應用面窄,經濟價值不高。熱回收方法主要將高分子聚合物通過熱解的方式將其轉變爲小分子,但熱回收不適合用于MFRs廢棄物的處理,因爲其中的化學鍵會在高溫的作用下無規斷裂重組,這樣會生成大量的氫氰酸等劇毒物質,給人類的健康和環境帶來極大的威脅和破壞。
  化學回收條件相對溫和,通過精細調節溶降解體系可以選擇性打開樹脂中的某些化學鍵,降解産物主要是樹脂基體解聚産物(單體及其衍生物),可重新回收利用,而且可以避免熱解過程中産生的劇毒小分子。因此化學回收法是一種綠色經濟地處理高分子廢棄物方法。但是由于MFRs樹脂結構單元三嗪環獨特的多官能度和芳香性,使得MFRs樹脂分子剛性大,交聯度大,不易溶脹和降解。
  山西煤化所山西省生物炼制工程技术研究中心侯相林、邓天昇团队针对MFRs树脂结构特性,设计了甲磺酸-四氢呋喃-水的高效降解体系,实现了MFRs树脂催化降解为三聚氰酸的定向解聚(降解比例高于84%)。通过SEM探究了催化体系与树脂表面的相互作用,利用NMR和IR定量分析了反应过程中的中间产物和最终产品,最终确定分子中选择性断键的化学键位置,为探究MFRs的降解路径提供了直接证据;选择同样含有三嗪环的三聚氰胺作为模型化合物,具体探究了模型化合物随着温度和时间的变化,基本探明了MFRs催化降解的路径,揭示了其催化反应机理。最终产物三聚氰酸可作为有机合成原料,重新用于合成树脂、高分子材料改性剂和药物卤三羟嗪的生产等(Green Chem. 2021,DOI: 10.1039/d1gc02478g)。
  團隊在密胺樹脂選擇性斷鍵降解方面已申請6項國家發明專利(CN202010682908.0,CN202010682948.5,CN202010683067.5,CN202010682256.0,CN202010682086.6,CN202010682136.0)。該工作得到了國家自然科學基金(No.21774139),山西省自然科學基金(No.201901D111006ZD)和山西省“1331計劃”項目的資助與支持。
(山西煤化所)

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