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变废为宝 橡胶回收新技术

2025-04-14 《自然》(Nature)

近期,美国北卡罗来纳大学教堂山分校Aleksandr V. Zhukhovitskiy教授团队在Nature上发表了题为“Deconstruction of rubber via C–H amination and aza-Cope rearrangement”的论文,报道了一种应用聚合物的 C-H 氨化和骨架重排将轮胎中二烯聚合物解构为环氧树脂的前体的策略。具体地,研究人员使用一种硫二亚胺试剂试剂,可使二烯聚合物和橡胶的烯丙基胺化率高达35%。然后应用阳离子2-aza-Cope 重排(ACR)来解构胺化二烯聚合物。实验结果表明,在一个模型体系中分子量从58,100g /mol降低到大约400 g/mol,废弃轮胎橡胶可以在6小时内转化为可溶性的胺功能化聚合物,这些聚合物可以用于制备与商业双酚A衍生环氧树脂具有相似刚性的环氧热固性材料。总之,这项研究成果证明了C-H氨化和骨架重排技术在实现废弃化学品回收利用方面的强大功能。

橡胶解构策略示意图

本研究成功开发了一种新的化学回收方法,通过C-H氨基化和ACR反应,可以将废弃的二烯烃聚合物解构为有价值的胺功能化聚合物。这种方法不仅适用于线性聚合物,还可以处理交联的橡胶材料。与传统的热解方法相比,该方法在温和的条件下进行,不产生有害副产品,且不依赖于昂贵的金属催化剂。此外,解构后的聚合物可以作为环氧树脂的固化剂,具有潜在的高附加值应用。尽管该方法在实验室中取得了成功,但在实际应用中仍需解决一些挑战,如胺化效率(~35%)和解构分子量分布需进一步提升;溶剂使用量较大,未来可通过连续流反应或绿色溶剂优化降低环境因子;实际废弃橡胶中添加剂对反应的影响需进一步研究等。总之,该研究通过创新性的化学方法将废弃橡胶转化为功能性材料,不仅解决了环境问题,还为循环经济提供了技术支撑。未来需在规模化生产、成本控制及全生命周期分析(LCA)方面深化研究,以推动工业化应用。


关键词: 废弃轮胎   橡胶回收   循环经济  
原文链接:《自然》(Nature)