耐用塑料污染很容易用新催化剂彻底降解
许多人都熟悉海龟、海豚和海豹等野生动物被废弃渔网缠住的令人难忘的画面。Nylon-6(这些网、地毯和衣服中的塑料)背后的主要问题是，它太坚固、太耐用，无法自行分解。因此，一旦进入环境，它就会在水道中徘徊数千年，破坏水道，破坏珊瑚，扼杀鸟类和海洋生物。
现在，西北大学的化学家开发出了一种新型催化剂，可以在几分钟内快速、干净、彻底地分解Nylon-6，且不会产生有害的副产物。更好的是：该过程不需要有毒溶剂、昂贵的材料或极端条件，使其适合日常应用。
这种新型催化剂不仅可以在环境修复中发挥重要作用，还可以迈出将尼龙6废物升级改造为更高价值产品的第一步。
该研究于周四(11月30日)发表在《Chem》杂志上。
该研究的资深作者、西北大学的托宾·马克斯说：“全世界都意识到了塑料问题。”“塑料是我们社会的一部分;我们使用了很多塑料。但问题是：用完后我们该怎么办?理想情况下，我们不会焚烧它或将其放入垃圾填埋场。我们会回收利用“它。我们正在开发催化剂来解构这些聚合物，将它们恢复到原来的形式，这样它们就可以重复使用。”
马克斯是西北大学温伯格艺术与科学学院的CharlesE.和EmmaH.Morrison化学教授、VladimirN.Ipatieff催化化学教授以及西北大学麦考密克工程学院材料科学与工程教授。
他还是PaulaM.Trienens可持续发展与能源研究所的教员。西北大学的共同作者包括化学与生物工程系莎拉·丽贝卡·罗兰教授、麦考密克大学高级副院长琳达·J·布罗德贝尔特(LindaJ.Broadbelt)，以及马克斯小组的研究助理教授尤西·克拉蒂什(YosiKratish)。
致命的困难
从衣服到地毯再到安全带，大多数人每天使用的各种材料中都含有尼龙6。但是，当人们用完这些材料后，它们最终会被扔进垃圾填埋场，或更糟糕的是：散落在环境中，包括海洋。据世界野生动物联合会称，每年有多达100万磅的渔具被遗弃在海洋中，其中由尼龙6制成的渔网占太平洋垃圾带的至少46%。
“渔网在使用几年后就会失去质量，”该论文的主要第一作者、马克斯实验室的博士后研究员叶立伟说。“它们变得如此浸水，以至于很难将它们从海里拉出来。而且它们的更换成本如此之低，以至于人们只是将它们留在水中并购买新的。”
“海洋中有很多垃圾，”马克斯补充道。“纸板和食物垃圾可以生物降解。金属沉到底部。然后我们就剩下塑料了。”
最绿色的溶剂是无溶剂
目前处理Nylon-6的方法仅限于简单地将其掩埋在垃圾填埋场中。Nylon-6燃烧时会释放出氮氧化物等有毒污染物，这些污染物与各种健康并发症有关，包括过早死亡，或二氧化碳(一种臭名昭著的强效温室气体)。
尽管其他实验室已经探索了降解Nylon-6的催化剂，但这些催化剂需要极端条件(例如高达350°C的温度)、高压蒸汽(能源昂贵且效率低下)和/或有毒溶剂，只会导致更多污染。
“你可以将塑料溶解在酸中，但留下的却是脏水，”马克斯说。“你用它做什么?我们的目标始终是使用绿色溶剂。什么类型的溶剂比根本不使用溶剂更环保?”
回收积木进行升级改造
为了绕过这些问题，研究人员寻找了马克斯实验室已经开发的新型催化剂。该催化剂利用钇(一种地球上储量丰富的廉价金属)和镧系元素离子。当团队将Nylon-6样品加热至熔化温度并在没有溶剂的情况下使用催化剂时，塑料就会分解，恢复到原来的结构，而不会留下副产物。
“你可以把聚合物想象成项链或珍珠串，”马克斯解释道。“在这个类比中，每颗珍珠都是一个单体。这些单体是构建块。我们设计了一种方法来分解项链，但恢复这些珍珠。”
在实验中，Marks和他的团队能够回收99%的塑料原始单体。原则上，这些单体可以升级为更高价值的产品，目前对其强度和耐用性的需求很高。
“再生尼龙实际上比普通尼龙更值钱，”马克斯说。“许多高端时尚品牌在衣服中使用再生尼龙。”
有效靶向Nylon-6
除了回收高产率的单体外，该催化剂还具有高选择性——仅作用于Nylon-6聚合物，而不破坏周围的材料。这意味着工业界可以将该催化剂应用于大量未分类的废物并选择性地针对Nylon-6。
“如果没有选择性催化剂，那么如何将尼龙与其他废物分离呢?”马克斯说道。“你需要雇人对所有废物进行分类以去除尼龙。这非常昂贵且效率低下。但如果催化剂只降解尼龙并留下其他所有东西，那就非常高效了。”
回收这些单体还可以避免从头开始生产更多塑料。
“这些单体是由原油生产的，因此它们具有巨大的碳足迹，”叶说。“这是不可持续的。”
下一步是什么?
在为新工艺申请专利后，马克斯和他的团队已经收到了潜在工业合作伙伴的兴趣。他们希望其他人能够大规模使用他们的催化剂来帮助解决全球塑料问题。
“我们的研究代表了聚合物回收和可持续材料管理领域向前迈出的重要一步，”叶说。“这种创新方法解决了当前回收技术的关键差距，为尼龙废物问题提供了实用且有效的解决方案。我们相信它对于减少塑料的环境足迹和促进循环经济具有重要意义。”