聚乙烯+乙烯→丙烯，一天连发Science、JACS！

塑料回收新思路：聚乙烯+乙烯→丙烯

塑料污染是我们这个时代最紧迫和最困难的环境挑战之一。目前，所有生产的塑料中只有30%被回收再次利用，而绝大多数废弃塑料（63亿公吨）都积聚在垃圾填埋场或自然环境中，对自然环境造成了难以修复的损害。其中，聚乙烯作为一种坚固、轻质、化学惰性、低成本的材料，在一次性产品和包装中得到广泛应用，使这一种材料成为塑料废物问题的最大贡献者。高分子材料的原料回收是将聚合物解聚回有用的单体，使得材料可以得到充分的回收再利用。这种策略的一个关键优点是，解聚产物在经历随后的重新聚合可以产生一种新的聚合物。这种类型的循环性可以减少不可再生原料的使用，并且同时为塑料废物回收创造一个巨大的潜在市场。据报道，通过逐步生长缩合制成的聚合物通过解聚反应在原料回收方面取得了一些成功。然而，由于聚烯烃的全碳主链中σ键具有高强度和化学惰性的特性，使得这种策略被认为对聚烯烃是行不通的。因此，聚烯烃的原料回收率是不到1%。

近期，加州大学伯克利分校John F. Hartwig团队的Science文章报道了利用烯烃复分解反应实现了对聚乙烯的回收，将聚乙烯分子链利用Ir-tBuPOCOP催化剂脱氢产生不饱和氢键，然后在用二聚体Pd（I）溴化物催化剂实现对聚乙烯的解聚合形成丙烯单体。（详细解读：）就在同一天，一篇题为“Chemical Recycling of Polyethylene by Tandem Catalytic Conversion to Propylene”的文章发表于JACS上，与这篇Sience采用了同样的思路，实现了对聚乙烯的回收，分解为有用的丙烯单体。该工作伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的Damien Guironnet团队和加利福尼亚大学圣塔芭芭拉分校的Susannah Scott团队联合发表。

两篇文章关键性的不同点在于对于聚乙烯链的脱氢反应。John F. Hartwig团队利用Ir-tBuPOCOP催化剂，TBE作为脱氢剂，可以实现聚乙烯主链上产生0.6%至3.2%的不饱和键，然后再利用二聚体Pd（I）溴化物催化剂对含有不饱和键的聚乙烯进行解聚，产生丙烯。而在这篇JACS的工作中，主要采用的是Pt/ γ-Al2O3作为脱氢催化剂，利用乙烯作为脱氢剂。与烯烃复分解反应所采用的原料相同（烯烃复分解反应的催化剂体系为MTO/Cl−Al 2O 3），因此可以实现脱氢反应与烯烃复分解反应的同时进行。就这一点上，笔者认为JACS这篇文章所提出的策略更胜一筹。

JACS的策略

Science的策略

在乙烯的回收过程中，二种体系都面临着聚乙烯解聚产生的共轭二烯烃的产生。在这篇JACS的工作里由于将脱氢和烯烃复分解反应放到同一个步骤中进行，因此在聚乙烯的分解过程中，不可避免地会产生丁二烯，只不过通过控制两种催化剂的投料比和反应条件，可以控制反应产物中丙烯的选择性高达94%。而对于Science文章控制丁二烯产生的方法则是控制第一步脱氢反应在乙烯主链上所产生的不饱和键的量。因此在第二步含有不饱和键的乙烯发生复分解反应解聚的过程中几乎不用考虑丁二烯的产生。在这一点上，则是Science文章提供的策略更加具有优势。

小结：近期发表的这两篇文章都关注于聚乙烯的原料回收，并且提出了类似的策略使得聚乙烯回收为丙烯单体。两种策略各有优势，都为聚乙烯的回收开拓了一个新的具有巨大潜力的市场。如果世界上20%的聚乙烯通过这条路线被回收并转化为丙烯，它可能意味着每年可减少13吨的二氧化碳排放，相当于300万辆汽车所排放的温室气体量，并且这一策略为丙烯，这一从石油这一不可再生原料中获取的资源，提供了一种新的可再生的来源。

来源：高分子科学前沿

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