近日，一項(xiàng)關(guān)于聚氨酯回收的重要研究成果引發(fā)關(guān)注。該研究由 Ferdi Schüth、Bolun Wang 等學(xué)者完成，相關(guān)論文（“Recycling of Polyurethane via Mechanocatalytic Methanolysis/Hydrolysis”）發(fā)表于ChemSusChem期刊。研究團(tuán)隊(duì)成員分別來(lái)自馬克斯・普朗克煤炭研究所（Max-Planck-Institut für Kohlenforschung）、Hte GmbH 公司以及巴斯夫（BASF SE）和萊比錫大學(xué)（University Leipzig）等機(jī)構(gòu) 。

聚氨酯（PU）作為全球產(chǎn)量第六的塑料，應(yīng)用廣泛，年消費(fèi)量巨大，歐洲每年消費(fèi) 381 萬(wàn)噸，全球約 2000 萬(wàn)噸。然而，塑料回收形勢(shì)嚴(yán)峻，2020 年歐洲僅 34.6% 的回收塑料被有效利用，其中化學(xué)回收占比不到 1%，且熱固性 PU 因交聯(lián)結(jié)構(gòu)難以物理回收。PU 化學(xué)回收雖有多種途徑，如氫解、水解、氨解等，但目前最具前景的 glycolysis 法存在能耗高、原料成本高、產(chǎn)物質(zhì)量受影響等問(wèn)題，限制了其從實(shí)驗(yàn)室走向中試生產(chǎn)的進(jìn)程。

針對(duì)這些難題，該研究另辟蹊徑，探索出機(jī)械化學(xué)與催化相結(jié)合的新方法。研究人員以含 PU 的家用海綿為原料，利用行星式球磨機(jī)將其粉碎，再在搖床磨機(jī)中，于 100°C 以下，借助 NaOH 和(CuMgAlO) 共催化劑進(jìn)行機(jī)械催化甲醇解 / 水解反應(yīng)。通過(guò)控制反應(yīng)條件和催化劑用量，成功回收高達(dá) 86% 的可溶性多元醇。實(shí)驗(yàn)表明，甲醇解反應(yīng)比水解更易進(jìn)行，升高溫度和添加(CuMgAlO) 可提升水解效率。研究還對(duì)比了 NaOH 和(Na2CO3) 作堿催化劑的效果，發(fā)現(xiàn)雖(Na2CO3) 回收效率略低，但能獲得質(zhì)量更優(yōu)的多元醇，可用于 PU 再合成。回收的多元醇經(jīng)檢測(cè)，分子量分布與商業(yè)聚醚多元醇相似，且殘留胺基和羰基較少，羥基含量高，適合作為 PU 生產(chǎn)原料。此外，反應(yīng)后的催化劑雖會(huì)因表面吸附碳和胺類物質(zhì)失活，但經(jīng) 550°C 煅燒再生后可繼續(xù)使用，在 500°C 煅燒也能保持較高活性。

這項(xiàng)研究為聚氨酯回收提供了新方向，相比傳統(tǒng)溶劑分解法，該方法反應(yīng)溫度低、溶劑用量少、產(chǎn)物分離簡(jiǎn)便，有望推動(dòng)聚氨酯化學(xué)回收的工業(yè)化應(yīng)用，助力塑料回收領(lǐng)域發(fā)展，實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用和環(huán)境保護(hù)的雙贏。02圖文導(dǎo)讀

圖 1. 基于核磁共振的不同溫度下?lián)u床磨機(jī)中 PUiNaOH-10 甲醇解 / 水解回收可溶性多元醇的產(chǎn)率

圖2. 90°C 下?lián)u床磨機(jī)中不同 Cu 負(fù)載量的 Mg-Al 氧化物催化 PUiNaOH-10 水解回收可溶性多元醇的核磁共振產(chǎn)率

圖3.90°C 下?lián)u床磨機(jī)中無(wú) NaOH 條件下 PU 粉末水解回收可溶性多元醇的核磁共振產(chǎn)率

圖4. 商業(yè)聚醚多元醇標(biāo)準(zhǔn)品（Lupranol® 2074）、原始 PU 粉末及回收多元醇的 ATR-IR 光譜（900-1900 cm⁻¹）

圖5. 回收多元醇、由回收多元醇與 TDI 重新合成的不溶性 PU 及原始 PU 粉末的 ATR-IR 光譜（900-1900 cm⁻¹）

圖6. 90°C 下?lián)u床磨機(jī)中使用新鮮、失活及不同溫度再生的 20 wt% Cu/MgAlOx 催化劑催化 PU 粉末水解回收可溶性多元醇的核磁共振產(chǎn)率

總結(jié)

聚氨酯（PU）作為全球第六大塑料，其回收因交聯(lián)結(jié)構(gòu)難以物理再生而面臨挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)化學(xué)回收方法（如 glycolysis）存在能耗高、成本高及產(chǎn)物質(zhì)量不穩(wěn)定等問(wèn)題。本研究首次提出機(jī)械催化甲醇解 / 水解法，通過(guò)球磨機(jī)輔助，在低于 100°C 條件下實(shí)現(xiàn) PU 高效解聚。以家用海綿為原料，負(fù)載 NaOH 和 Cu/MgAlO 催化劑，成功回收 86% 可溶性多元醇。該方法通過(guò)優(yōu)化反應(yīng)溫度、溶劑比例及催化劑負(fù)載量，顯著降低能耗，產(chǎn)物經(jīng)檢測(cè)與商用聚醚多元醇性能相近，可直接用于 PU 再合成。此外，失活催化劑通過(guò)煅燒再生后活性恢復(fù)，展現(xiàn)循環(huán)利用潛力。