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清華大學(xué)許華平教授團隊 Angew：具有β-硒代羰基結(jié)構(gòu)的聚氨酯同時實現(xiàn)塑料降解和廢物升級
2024-01-02  來源：高分子科技

  可降解聚合物為改善塑料污染問題提供了解決方案，但是聚合物往往會分解成低價值的小分子，與其相對較高的生產(chǎn)成本不匹配。此外，將塑料廢物再加工處理，升級再造為高附加值產(chǎn)品是另一種可持續(xù)的方法。因此，設(shè)計無需額外加工即可直接降解為高附加值產(chǎn)品的聚合物，同時實現(xiàn)塑料降解和廢物升級再造過程，可以在改善塑料污染的同時，促進發(fā)展更加可持續(xù)的塑料經(jīng)濟。


圖1 含硒聚氨酯的降解和降解廢物高價值轉(zhuǎn)化


  近期，清華大學(xué)化學(xué)系的許華平教授團隊報道了一種含β-硒代羰基結(jié)構(gòu)的聚氨酯（SePU），它可以在溫和的條件下直接降解為高附加值的硒肥，用于富硒蔬菜種植，同時實現(xiàn)塑料降解和廢物升級再造（圖1）。該聚氨酯實現(xiàn)降解功能的核心在于β-硒代羰基結(jié)構(gòu)，其在氧化條件下，會發(fā)生硒氧化消除反應(yīng)（圖2），在實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的斷裂，促進聚合物降解的同時，產(chǎn)生含硒小分子（Se, SeO32-, SeO42-）。SePU具有優(yōu)異的力學(xué)性能，可以在溶液（圖3）和空氣（圖4）條件下的發(fā)生選擇性地降解。此外，該工作在降解過程中首次觀察到材料內(nèi)形成類似球晶的硒顆粒（圖4）。該團隊驗證了降解產(chǎn)物可以直接作為硒肥料用于富硒蔬菜的種植，有效提高了蘿卜和上海青的硒含量（圖5）。這項工作首次將硒氧化消除反應(yīng)用于塑料降解領(lǐng)域，賦予塑料降解性和塑料廢物高再利用價值，為減少污染、提高塑料的經(jīng)濟性和可持續(xù)性提供了一個有前景的解決方案。該工作以“Polyurethane with β-Selenocarbonyl Structure Enabling the Combination of Plastic Degradation and Waste Upcycling”為題發(fā)表在《Angewandte Chemie International Edition》（DOI: 10.1002/anie.202317558）上。文章第一作者是清華大學(xué)化學(xué)系博士生賀超偉，通訊作者為清華大學(xué)化學(xué)系管君助理研究員和許華平教授。該研究得到國家自然科學(xué)基金委的支持。


圖2 硒氧化消除反應(yīng)機理和SePU的合成與表征


圖3 SePU在溶液中的降解行為


圖4 SePU在空氣中的降解行為


圖5 降解產(chǎn)物直接作為硒肥，用于富硒蘿卜和上海青的種植


  該工作利用含硒高分子獨特的刺激響應(yīng)性，開發(fā)了一種可以同時實現(xiàn)塑料降解和降解產(chǎn)物升級再利用的聚氨酯。這一戰(zhàn)略可以減少塑料污染，并改善降解過程中塑料產(chǎn)品價值下降的問題，使得聚合物在溫和條件下實現(xiàn)經(jīng)濟和可持續(xù)的升級循環(huán)。此外，這一策略有望應(yīng)用于各種聚合物體系，為開發(fā)可持續(xù)可降解的聚合物材料提供一種有前景且經(jīng)濟可行的方法。


  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202317558

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