寧波材料所在廢棄聚酯高效升級回收領(lǐng)域取得進展
全球塑料年產(chǎn)量超4億噸，大量塑料在使用后被丟棄，回收率不到10%。這不僅導(dǎo)致嚴重的環(huán)境污染，還造成碳資源的巨大浪費。其中，聚酯塑料因其分布廣、數(shù)量龐大及回收難度高等特點，成為當前研究焦點。
中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所有機儲氫與催化團隊長期致力于廢棄聚酯的高值化轉(zhuǎn)化研究，開發(fā)了一系列新型釕基金屬催化劑，成功實現(xiàn)了廢棄聚酯的高效升級轉(zhuǎn)化，制備出關(guān)鍵化工原料1,4-環(huán)己烷二甲醇（Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202312564）。然而，現(xiàn)實場景中超過80%的聚酯與聚酰胺、聚氨酯、聚烯烴及棉等材料形成復(fù)合型聚酯纖維來使用。此類聚酯纖維因雜質(zhì)含量高、成分復(fù)雜，極易導(dǎo)致催化劑中毒，難以實現(xiàn)有效分離與回收，過去只能通過填埋或焚燒方式處理。
針對上述難題，研究團隊基于前期基礎(chǔ)，創(chuàng)新性地開發(fā)了具有新型骨架結(jié)構(gòu)的三齒鉗形錳催化劑，首次實現(xiàn)了復(fù)合聚酯纖維廢棄物的催化加氫升級。該三齒鉗形錳催化劑表現(xiàn)出了優(yōu)異的催化活性，在條件溫和下（80-100°C，5 bar H2）可將聚酯廢棄物氫解為二醇類產(chǎn)物，催化劑轉(zhuǎn)化數(shù)高達5300，選擇性為100%。催化反應(yīng)體系具有優(yōu)異的底物兼容性，不僅適用于單組分聚酯，還可以選擇性將含尼龍、聚乙烯、聚氨酯、聚氯乙烯、棉、顏料、金屬、玻璃等雜質(zhì)的混合廢棄聚酯塑料轉(zhuǎn)化為高價值的含氧化學(xué)品，收率可達89%-98%，并完成了15克級放大實驗驗證。機理研究表明，過拓展π體系和引入側(cè)鏈N-H官能團，使三齒鉗形錳催化劑具有雙重金屬-配體協(xié)同作用，能有效促進H?活化及氫鍵介導(dǎo)的負氫轉(zhuǎn)移等關(guān)鍵步驟，從而提升了催化劑的穩(wěn)定性與催化活性。該研究為豐產(chǎn)金屬催化劑開發(fā)開辟了新范式，也為廢棄聚酯混合物升級回收、實現(xiàn)“雙碳”目標、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的提供了新方案。
相關(guān)成果以“Selective and Efficient Upcycling of Polyesters from Waste Plastic Blends Enabled by a Rationally Designed Manganese Pincer Catalyst”為題，發(fā)表于化學(xué)領(lǐng)域頂級期刊《德國應(yīng)用化學(xué)》（Angew. Chem. Int. Ed. 2025, 64, e202502923）。
寧波材料所胡越副研究員為論文第一作者，謝銀君研究員為通訊作者。研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃（2022YFA0912004）、寧波市“3315引才計劃”（2020A-32-C）、寧波市自然科學(xué)基金（2022J287）的支持。
圖1 催化劑設(shè)計思路及聚酯氫解路線
圖2 底物普適性考察
圖3 催化反應(yīng)機理
（氫能與儲能材料技術(shù)實驗室 謝銀君）
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