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今日Nature:變廢為寶,橡膠回收新技術(shù)! – 材料牛

一、今日【科學(xué)背景】

今日Nature:變廢為寶,橡膠回收新技術(shù)! – 材料牛

全球每年產(chǎn)生大量廢棄輪胎,變廢僅美國2021年就有2.74億條輪胎被廢棄,為寶其中17%被填埋處理,橡膠新技不僅占用大量空間,回收還存在化學(xué)浸出、術(shù)材自燃等問題。料牛傳統(tǒng)熱解法雖能回收部分材料,今日但會(huì)釋放苯、變廢二噁英等有害副產(chǎn)物。為寶現(xiàn)有化學(xué)回收方法(如脫硫或主鏈裂解)存在效率低、橡膠新技產(chǎn)物價(jià)值低或依賴昂貴催化劑等問題。回收因此,術(shù)材亟需開發(fā)高效、料牛環(huán)保的今日橡膠化學(xué)回收技術(shù)。

二、【創(chuàng)新成果】

近期,美國北卡羅來納大學(xué)教堂山分校Aleksandr V. Zhukhovitskiy教授團(tuán)隊(duì)在Nature上發(fā)表了題為“Deconstruction of rubber via C–H amination and aza-Cope rearrangement”的論文,報(bào)道了一種應(yīng)用聚合物的 C-H 氨化和骨架重排將輪胎中二烯聚合物解構(gòu)為環(huán)氧樹脂的前體的策略。具體地,研究人員使用一種硫二亞胺試劑試劑,可使二烯聚合物和橡膠的烯丙基胺化率高達(dá) 35%。然后應(yīng)用陽離子 2-aza-Cope 重排(ACR)來解構(gòu)胺化二烯聚合物。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在一個(gè)模型體系中分子量從 58,100 g/mol 降低到大約 400 g/mol,廢棄輪胎橡膠可以在6小時(shí)內(nèi)轉(zhuǎn)化為可溶性的胺功能化聚合物,這些聚合物可以用于制備與商業(yè)雙酚A衍生環(huán)氧樹脂具有相似剛性的環(huán)氧熱固性材料。總之,這項(xiàng)研究成果證明了 C-H 氨化和骨架重排技術(shù)在實(shí)現(xiàn)廢棄化學(xué)品回收利用方面的強(qiáng)大功能。

三、【圖文解析】

1? 橡膠解構(gòu)策略示意圖? 2025 Springer Nature

2? 模型底物159上的烯丙基胺化? 2025 Springer Nature

3? ACR解構(gòu)研究結(jié)果? 2025 Springer Nature?

4? 交聯(lián)材料的解構(gòu)與產(chǎn)品的應(yīng)用? 2025 Springer Nature

 

四、【科學(xué)啟迪】

綜上,本研究成功開發(fā)了一種新的化學(xué)回收方法,通過C-H氨基化和ACR反應(yīng),可以將廢棄的二烯烴聚合物解構(gòu)為有價(jià)值的胺功能化聚合物。這種方法不僅適用于線性聚合物,還可以處理交聯(lián)的橡膠材料。與傳統(tǒng)的熱解方法相比,該方法在溫和的條件下進(jìn)行,不產(chǎn)生有害副產(chǎn)品,且不依賴于昂貴的金屬催化劑。此外,解構(gòu)后的聚合物可以作為環(huán)氧樹脂的固化劑,具有潛在的高附加值應(yīng)用。盡管該方法在實(shí)驗(yàn)室中取得了成功,但在實(shí)際應(yīng)用中仍需解決一些挑戰(zhàn),如胺化效率(~35%)和解構(gòu)分子量分布需進(jìn)一步提升;溶劑使用量較大,未來可通過連續(xù)流反應(yīng)或綠色溶劑優(yōu)化降低環(huán)境因子;實(shí)際廢棄橡膠中添加劑對(duì)反應(yīng)的影響需進(jìn)一步研究等。總之,該研究通過創(chuàng)新性的化學(xué)方法將廢棄橡膠轉(zhuǎn)化為功能性材料,不僅解決了環(huán)境問題,還為循環(huán)經(jīng)濟(jì)提供了技術(shù)支撐。未來需在規(guī)模化生產(chǎn)、成本控制及全生命周期分析(LCA)方面深化研究,以推動(dòng)工業(yè)化應(yīng)用。

原文詳情:Deconstruction of rubber via C–H amination and aza-Cope rearrangement (Nature2025, DOI: 10.1038/s41586-025-08716-6)

本文由賽恩斯供稿。

 

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