在现代生活中,塑料成为不可或缺的材料,然而,大多数聚酯在自然界中难以降解,导致回收率低,造成严重的环境污染。因此,开发有效的塑料化学回收和再利用技术显得尤为重要。醇解是一种有效的回收聚酯的方法,催化剂多采用金属醋酸盐、氧化物和有机碱等,其中有机碱因其经济性和无金属残留而备受青睐。然而,现有催化体系中有机碱催化醇解的反应机制尚未阐明,导致高效醇解催化剂的设计面临挑战。 本研究提出了一种基于底物预活化的催化醇解策略:通过预先混合甲醇、聚乳酸(PLA)与有机碱催化剂1,5,7-三氮杂二环[4.4.0]癸-5-烯(TBD),可显著调变PLA的醇解反应速率。实验表明,TBD预先混合PLA的醇解速率较慢。¹H NMR证实预混合过程中,TBD可促使PLA发生解聚,而无需外加甲醇参与。扩散排序谱(DOSY)分析进一步显示,加入PLA后部分TBD衍生组分的扩散系数显著降低,且与PLA片段扩散系数趋同。该现象表明TBD分子与PLA片段间形成了化学键合,导致二者以复合体形式扩散。高分辨质谱(HR-MS)直接检测到酰基-TBD加合物的生成,为醇解反应机制提供关键证据。我们还探究了不同聚酯的溶解性和反应性,并开发了一种具有原位紫外监测的连续进料反应系统,在室温下实现了真实PLA塑料废物(100 g)几乎完全转化为乳酸甲酯(ML=120 g,纯度=94.4%)。
综上所述, 本研究证明聚乳酸或甲醇与TBD预混合的顺序对催化醇解反应的效率至关重要。研究表明TBD在与PLA或甲醇预混合过程中会形成不同的中间体,进而调控醇解反应速率。基于TBD与甲醇的预混合策略对PLA解聚的有效性,我们在室温下通过连续流反应器实现了PLA大规模解聚为单体。该策略有助于揭示聚酯溶剂解机理,为塑料回收领域提供更多的见解和机会。

第一作者:何畅、郭振博、汪致均
通讯作者:张帆、董召文、王蒙
文章链接:https://doi.org/10.1016/S1872-2067(25)64811-X