全球塑料消費量的不斷攀升導致了嚴重的環境問題，尤其是“白色污染”的加劇。由于廢棄塑料處置不當和回收不足，近91%的塑料被焚燒或填埋，不僅增加了溫室氣體排放，還導致微塑料向環境泄漏。為實現環境友好型經濟，塑料回收已成為關注焦點，其中化學回收因其能將聚合物分解為單體并實現閉環循環而備受重視。聚酰胺（俗稱尼龍）作為五大工程塑料之一，年市場規模超過850萬噸，但其酰胺鍵因共振穩定和強氫鍵作用而化學性質穩定，難以在溫和條件下降解，傳統方法需在高溫高壓下進行，限制了其可持續回收。

近日，復旦大學涂濤教授、Xu Bing合作提出了一種創新方法：利用甲苯磺酸甲酯作為活化劑，在溫和條件下通過醇解實現聚酰胺的高效解聚。該策略能將多種聚酰胺轉化為高價值單體，如ε-己內酰胺、氨基酸酯或二胺/二酯，且產率接近定量，選擇性優異。實驗與理論機理研究表明，對甲苯磺酸在醇解過程中扮演關鍵角色，通過醇對酰胺基團的親核攻擊介導四面體中間體的形成，為聚酰胺的閉環回收提供了可行路徑。相關論文以“Sustainable recycling of polyamides via C–N bond cleavage facilitated by methyl tosylate under mild conditions”為題，發表在Nature Communications上，論文第一作者為Yang Jitong。

在研究初期，團隊以PA6為模型，系統篩選了醇解添加劑。結果表明，甲苯磺酸甲酯在甲醇中能快速轉化為對甲苯磺酸，高效促進PA6降解，且醇解選擇性優于其他布朗斯特酸或路易斯酸。通過核磁共振監測反應過程，研究人員觀察到酰胺鍵相關信號逐漸減弱，而酯基和質子化氨基信號增強，證實了醇解的高效性。動力學分析顯示，反應符合一級動力學特征，且對甲苯磺酸濃度與反應速率呈正相關。

進一步探索底物范圍時，研究團隊發現該策略對多種醇和聚酰胺均表現出良好適用性。脂肪族伯醇能與PA6高效反應，獲得高轉化率與選擇性；芳香醇雖適用，但選擇性略低。而對于PA66、PA11和PA12等其它聚酰胺，該方法同樣能將其解聚為二胺甲苯磺酸鹽和二酯，產物可通過溶劑萃取與重結晶分離純化。值得注意的是，即使對于含有玻璃纖維增強材料的工業尼龍制品，該方法也能在降解聚酰胺的同時完整回收增強材料，展現出優異的實際應用潛力。

為實現閉環回收，團隊還對降解產物進行了后續處理。氨基酸甲酯可通過中和反應轉化為對應氨基酸酯，作為合成PA11和PA12的單體；而ε-己內酰胺的回收則通過氨基酯的分子內環化實現，在堿性條件下以高收率獲得高純度產物。此外，甲苯磺酸甲酯在使用后可以甲苯磺酸鉀形式回收，并再生為活化劑，體現了該過程的可持續性。

在驗證實際廢塑料回收可行性時，研究人員選取了漁線、電纜扎帶、齒輪和螺絲等后消費PA制品。結果顯示，所有樣品在溫和條件下均能實現高達99%的轉化率，單體回收率最高達94%。尤其令人鼓舞的是，該方法還能處理PA6與其它聚合物（如PE、PP、PS和PET）的混合體系，其中PA6的降解幾乎不受共存聚合物的影響，產物可通過溶解度差異高效分離。

理論計算進一步揭示了反應機理：對甲苯磺酸通過協同質子轉移激活酰胺鍵并中和氨基，推動醇解過程；而環化反應則經歷氨基對酯基的分子內親核攻擊，形成四面體中間體，最終閉環生成ε-己內酰胺。這些發現為理解聚酰胺在溫和條件下的降解路徑提供了重要依據。

總而言之，本研究開發了一種在溫和條件下高效解聚聚酰胺的新方法，不僅實現了單體的高收率回收，還成功應用于復雜廢塑料混合體系，展現出良好的可擴展性與實用性。該工作為緩解白色污染、推動塑料循環經濟發展提供了創新思路與技術支撐，有望在未來可持續聚合物回收策略中發揮重要作用。

免責聲明：本網轉載自其它媒體的文章及圖片，目的在于弘揚石油化工精神，宣傳國家石油化工政策，展示國家石油化工產業形象，傳遞更多石油化工信息，推廣石油化工企業品牌和產品，并不代表本網贊同其觀點和對其真實性負責，在此我們謹向原作者和原媒體致以崇高敬意。如果您認為本站文章及圖片侵犯了您的版權，請與我們聯系，我們將第一時間刪除。