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塑料回收含有钴络合物的肽氧化聚苯乙烯微粒

导读 聚苯乙烯是一种广泛使用的塑料,与其他材料混合时基本上不可回收,并且不可生物降解。德国研究小组在《AngewandteChemie》杂志上介绍了一种...

聚苯乙烯是一种广泛使用的塑料,与其他材料混合时基本上不可回收,并且不可生物降解。德国研究小组在《AngewandteChemie》杂志上介绍了一种生物混合催化剂,可以氧化聚苯乙烯微粒以促进其随后的降解。该催化剂由一种特殊构建的“锚定肽”和一种氧化聚苯乙烯的钴络合物组成,该“锚肽”粘附在聚苯乙烯表面上。

聚苯乙烯(单独或与其他聚合物组合)具有多种应用,从酸奶容器到仪器外壳。它的泡沫形式主要以聚苯乙烯泡沫塑料的商标名闻名,例如用于绝缘和包装。聚苯乙烯的一大缺点是生物降解性差,导致环境污染。

当清洁且不与其他材料混合时,聚苯乙烯是可回收的,但当它被污染或与其他材料混合时则不可回收。在市政回收计划中,混合聚苯乙烯塑料废物和降解产物(例如聚苯乙烯纳米颗粒和微粒)很难处理。问题在于聚苯乙烯是防水的且非极性的,因此不能与常见的极性反应物发生反应。

为了实现简单、经济且节能的混合聚苯乙烯废物分解工艺,聚苯乙烯必须首先配备极性官能团。德国亚琛工业大学的UlrichSchwaneberg和JunOkuda领导的团队现已开发出一种新型生物混合催化剂来实现这一步骤。该催化剂基于与钴络合物偶联的锚定肽化合物。

锚定肽是可以附着在表面上的短肽链。该团队开发了一种特殊的锚定肽(LCI,液相色谱峰I),可以与聚苯乙烯表面结合。通过喷涂或浸渍,一克这种肽足以在几分钟内在最大654m2的表面上形成单分子层。

催化活性钴络合物通过短连接片连接到锚定肽。钴原子被大环配体“包围”,大环配体是由八个碳原子和四个氮原子组成的环(TACD,1,4,7,10-四氮杂环烷)。该催化剂通过与常见氧化剂Oxone(过一硫酸钾)反应,加速聚苯乙烯中C-H键的氧化,形成极性OH基团(羟基化)。

锚定肽的结合是材料特异性的,因此在这种情况下,它们将催化活性钴固定在聚苯乙烯表面附近,从而加速反应。这种简单、廉价且节能的工艺可通过浸渍和喷涂应用进行扩展,并且适合工业规模使用。

通过使用共轭化学催化剂,这种利用锚定肽进行材料特异性结合的混合催化剂概念可以允许对无法通过酶经济地分解的其他疏水性聚合物(例如聚丙烯和聚乙烯)进行材料特异性分解。

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