綠色高分子材料是一種對環(huán)境友好的高分子材料。“綠色”是指從高分子材料合成的源頭——單體著手,選擇對環(huán)境友好的單體材料及合成工藝,并且考慮合成的高分子材料對環(huán)境的相容性(即在較短的時間內(nèi)自然降解或解聚)及產(chǎn)品的生命周期性(產(chǎn)品使用后的回收利用)。
雖然當(dāng)前高分子材料的綠色化還主要表現(xiàn)在可降解性研究,但尋找更加綠色環(huán)保、可持續(xù)的合成原料一直是科學(xué)家們追求的目標(biāo)。尤其是利用“溫室氣體”CO2合成高分子材料的研究,近年來頻頻出現(xiàn)在世界頂級學(xué)術(shù)期刊上。
近日,加拿大多倫多大學(xué) Edward H. Sargent 教授團(tuán)隊(duì)發(fā)布了一項(xiàng)研究成果,稱其已經(jīng)找到了最有效地將CO2轉(zhuǎn)化為乙烯(ethylene)的條件。而乙烯便能再被用來制造聚乙烯(polyethylene),也就是全球年產(chǎn)量約8000萬t、現(xiàn)今最普遍使用的塑料。
據(jù)了解,這項(xiàng)研究的核心工作是CO2還原反應(yīng)的過程,在催化劑的輔助下,通過電流和化學(xué)反應(yīng)將CO2轉(zhuǎn)化為其他化學(xué)物質(zhì)。在這種反應(yīng)中,許多金屬都可以做為催化劑,如金、銀和鋅能夠催化生成CO,而錫和鈀可以催化生成甲酸,銅則能催化產(chǎn)生乙烯。運(yùn)用Canadian Light Source高級科學(xué)家Tom Regier開發(fā)的獨(dú)特設(shè)備,研究人員能夠?qū)崟r研究整個二氧化碳還原反應(yīng)過程中銅催化劑的型態(tài)、形狀以及化學(xué)環(huán)境。進(jìn)而確認(rèn)乙烯生產(chǎn)最大化的精確條件,并通過調(diào)整催化劑來達(dá)成最大程度地提高乙烯生產(chǎn)量、同時將甲烷產(chǎn)量降至最低目的。
將CO2轉(zhuǎn)化為乙烯的納米結(jié)構(gòu)銅催化劑表面
這項(xiàng)研究已經(jīng)公布在《自然》系列旗下最新冠名期刊《自然-催化》(Nature Catalysis)中。
論文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41929-017-0018-9
在此之前,美國斯坦福大學(xué)的一個研究小組也在《自然》雜志登載的一篇論文中,提出了一種可以把二氧化碳以及農(nóng)作物殘留物等植物材料轉(zhuǎn)化為塑料的研究成果。研究人員混合碳酸鹽、CO2和由糠醛衍生獲得的糠酸,將它們加熱至200℃,呈現(xiàn)熔鹽狀態(tài),持續(xù)5h后,熔鹽混合物總量的89%會轉(zhuǎn)化為2,5-呋喃二甲酸,進(jìn)而生產(chǎn)可在一定程度上替代聚對苯二甲酸乙二酯的聚呋喃二甲酸乙二酯(PEF)。而2,5-呋喃二甲酸與對苯二甲酸不同,可以是生物材料的衍生物。
論文鏈接:https://www.nature.com/articles/nature17185
除此之外,以淀粉等天然物質(zhì)為基礎(chǔ)在微生物作用下生成的生物塑料,具有可再生性,因此十分環(huán)保。明治大學(xué)通過改變藍(lán)藻的氫合成酶,成功增產(chǎn)了生物塑料的原料——琥珀酸和乳酸,有望為解決未來的環(huán)境、能源問題作出貢獻(xiàn)。研究成果刊登在《Algal Research》雜志上。
論文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211926416302247
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