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許多人都看過(guò)這樣的畫面：海洋生物——海龜、海豚和海豹們被廢棄的漁網(wǎng)纏住動(dòng)彈不得，甚至悲慘死去。

尼龍6——這種存在于漁網(wǎng)、地毯和衣服等日常物品中的塑料成分，無(wú)法自行分解，一旦進(jìn)入自然環(huán)境，就會(huì)造成水污染，破壞珊瑚，扼殺鳥類和海洋生物。

現(xiàn)在，西北大學(xué)的化學(xué)家開(kāi)發(fā)出了一種新型催化劑，這種新型催化劑不僅可以在環(huán)境修復(fù)中發(fā)揮重要作用，還可以邁出將尼龍6廢物升級(jí)改造為更高價(jià)值產(chǎn)品的第一步。

根據(jù)《科學(xué)日?qǐng)?bào)》11月30日?qǐng)?bào)道，該研究近期發(fā)表于《化學(xué)》雜志，并引用了西北大學(xué)溫伯格藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院托賓·馬克斯的話：“塑料是我們社會(huì)的一部分；我們使用了很多塑料。但問(wèn)題是：用完后我們?cè)撛趺崔k？理想情況下，我們不會(huì)焚燒它或?qū)⑵浞湃肜盥駡?chǎng)，而是回收利用它。我們正在開(kāi)發(fā)催化劑來(lái)解構(gòu)這些聚合物，將它們恢復(fù)到原來(lái)的形式，這樣它們就可以重復(fù)使用?！?

致命難題

衣服、地毯、安全帶……大多數(shù)人每天使用的各種材料中都含有尼龍 6。 但是，當(dāng)人們用完這些材料后，它們最終會(huì)被扔進(jìn)垃圾填埋場(chǎng)，甚至散落在自然環(huán)境中，包括海洋。 據(jù)世界野生動(dòng)物聯(lián)合會(huì)稱，每年有多達(dá) 100 萬(wàn)磅的漁具被遺棄在海洋中，其中由尼龍 6 制成的漁網(wǎng)占太平洋垃圾帶的至少 46%。“漁網(wǎng)在使用幾年后就無(wú)法再用”，論文第一作者葉立偉（音：Liwei Ye）舉例說(shuō)，“漁網(wǎng)浸水后甚至很難將從海里拉出來(lái)，但更換成本低，所以最簡(jiǎn)單的就是漁網(wǎng)直接丟棄在水里并買新的?！?

“海洋中有很多垃圾，”馬克斯說(shuō)， “紙板和食物垃圾可以生物降解。金屬沉到底部。然后我們就剩下塑料了。”

目前處理尼龍 6的方法僅限于簡(jiǎn)單地將其掩埋在垃圾填埋場(chǎng)中。尼龍 6燃燒時(shí)會(huì)釋放出氮氧化物等有毒污染物，這些污染物與各種健康并發(fā)癥（包括過(guò)早死亡）有關(guān)。

盡管其他實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)探索了降解尼龍 6的催化劑，但這些催化劑需要極端條件（例如高達(dá) 350 攝氏度的溫度）、高壓蒸汽（能源昂貴且效率低下）或有毒溶劑，甚至導(dǎo)致更多污染。

“你可以將塑料溶解在酸中，但得到的是污染的水，”馬克斯說(shuō)。 “你用它做什么？我們的目標(biāo)始終是使用綠色溶劑。而最綠色的溶劑就是沒(méi)有溶劑。”

回收“積木” 升級(jí)改造

為了繞過(guò)這些問(wèn)題，研究人員尋找了馬克斯實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)開(kāi)發(fā)的新型催化劑。該催化劑利用釔（一種地球上儲(chǔ)量豐富的廉價(jià)金屬）和鑭系元素離子。當(dāng)研究小組將尼龍 6 樣品加熱到熔化溫度并在沒(méi)有溶劑的情況下使用催化劑時(shí)，塑料就會(huì)分解，恢復(fù)到原來(lái)的結(jié)構(gòu)，而不會(huì)留下副產(chǎn)品。

“你可以把聚合物想象成項(xiàng)鏈或珍珠串，”馬克斯解釋道。 “在這個(gè)類比中，每顆珍珠都是一個(gè)單體。這些單體是構(gòu)建塊。我們?cè)O(shè)計(jì)了一種方法來(lái)分解項(xiàng)鏈，但恢復(fù)這些珍珠。”

在實(shí)驗(yàn)中，馬克斯和團(tuán)隊(duì)能夠回收 99% 的塑料原始單體。 原則上，這些單體可以升級(jí)為更高價(jià)值的產(chǎn)品，目前對(duì)其強(qiáng)度和耐用性的需求很高。

“再生尼龍實(shí)際上比普通尼龍更值錢，”馬克斯說(shuō)。 “許多高端時(shí)尚品牌在衣服中使用再生尼龍?！?

有效靶向

除了回收高產(chǎn)率的單體外，該催化劑還具有高選擇性——僅靶向作用于尼龍聚合物，而不破壞周圍的材料。這意味著工業(yè)界可以將該催化劑應(yīng)用于大量未分類的廢物并選擇性地針對(duì)尼龍6。

“如果沒(méi)有靶向催化劑，那么如何將尼龍與其他廢物分離呢？” 馬克斯說(shuō)道。 “你需要雇人對(duì)所有廢物進(jìn)行分類，成本高且效率低下。但如果催化劑只降解尼龍并留下其他東西，那就非常高效了。”

回收這些單體還可以避免從頭開(kāi)始生產(chǎn)更多塑料。

在為新工藝申請(qǐng)專利后，馬克斯和團(tuán)隊(duì)已經(jīng)收到了潛在工業(yè)合作伙伴的興趣。 他們希望其他人能夠大規(guī)模使用他們的催化劑來(lái)幫助解決全球塑料問(wèn)題。

“我們的研究代表了聚合物回收和可持續(xù)材料管理領(lǐng)域向前邁出的重要一步，”葉說(shuō)。 “這種創(chuàng)新方法解決了當(dāng)前回收技術(shù)的關(guān)鍵差距，為尼龍廢物問(wèn)題提供了實(shí)用且有效的解決方案。我們相信它對(duì)于減少塑料的環(huán)境足跡和促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)具有重要意義?！?

原文作者：阿曼達(dá)·莫里斯（材料由西北大學(xué)提供）

原文引用參考：

葉立偉（音：Liwei Ye）、劉曉陽(yáng)（音：Xiaoyang Liu）、克里斯汀·B·貝克特、雅各布·羅斯鮑姆、克拉麗莎·林肯、琳達(dá)·J·布羅德貝爾特、尤西·克拉蒂什、托賓·J·馬克斯。 《用于尼龍 6 塑料快速、選擇性和無(wú)溶劑解聚的催化劑金屬配體設(shè)計(jì)》?！?化學(xué)》，2023；DOI: 10.1016/j.chempr.2023.10.022