北京大学马丁课题组:聚乳酸裂化至丙烯酸

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Breaking Report

新和成《中国化学》创新奖论文

Catalytic Cracking of Polylactic Acid to Acrylic Acid

Yuchen Jiao, Meng Wang,* and Ding Ma*

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Asa typical type of sustainable plastic, polyesters can be recycled or upcycledinto value-added chemicals in a variety of methods. However, excess reagentsare required for most of the depolymerization and upcycling processes, causingthe emission of environmental pollutants and the waste of chemical resources.Here we demonstrate a one-pot catalytic process to directly crack polylacticacid into acrylic acid by acid catalyst with the assistance of an ionic liquid,Bu4PBr. Polylactic acid is attacked by the Br- from Bu4PBrand the H+ from acid to form oligomers containing Br or acryloylgroup, and these oligomers serve as intermediates to produce acrylic acidduring their mutual transformation. The acrylic acid is vaporized directly fromthe reactor and obtained in a collector with a selectivity around of 90 % whenpolylactic acid is fully converted. This green process shows great advantagesin atom economy compared to the conventional recycling/upcycling methods forpolyesters, in addition, a better efficiency in converting the polymer than thecorresponding monomer could inspire new upcycle strategies for differentplastic wastes.


Polylactic acid | Acrylic acid | Atom economy | Upcycling | Ionic liquid | Commodity polymers | Plastics | Green chemistry

聚乳酸裂化至丙烯酸


      随着塑料产量的逐渐扩大,塑料垃圾已经逐渐成为除了化石燃料,二氧化碳和生物质之外的最重要的碳资源之一。而传统的废塑料填埋、焚烧等处理方式一方面导致塑料垃圾大量堆积,严重危害自然环境和身体健康;另一方面也是对碳资源的浪费,带来严重的经济损失。因此对废塑料制品进行回收和转化十分重要。近年来,北京大学马丁/王蒙团队在废塑料升级转化领域做出了系统性贡献(J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 16358. Nat. Comm. 2022 13,4809. Angew.Chem. Int. Edit. 2022, 61, e202117205. Chem. 2022,8, 892. Angew. Chem. Int. Edit. 2023, 62, e202304219. Nat.Sustain. 2023, 6, 712 )。

      聚酯类废塑料作为废塑料组分之一,目前已经开发出了多种降解回收方法,并可以转化为其他高值化学品,实现升级循环。但是目前大多数的降解回收或转化为其他高值化学品的过程(水解,胺解,醇解)都需要消耗其他化学品,或排放大量废弃物。因此开发新的聚酯类塑料回收方法十分必要。

      最近马丁、王蒙等提出一种在较低温度下一锅法将聚乳酸裂化为丙烯酸的方法。在溶剂和催化剂的共同作用下,聚乳酸会先解聚为含溴寡聚体和丙烯酸酯等反应中间体,之后丙烯酸酯解聚为丙烯酸并通过蒸馏进入吸收瓶中实现分离。与其他聚酯转化方法不同,该方法对于乳酸单体的活性远低于聚乳酸和其他寡聚体,且具有较高的原子利用率,为聚酯回收转化为其他高值化学品提供了新思路。

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图1 聚乳酸一锅法裂化至丙烯酸
      上述研究结果作为Breaking Report发表于Chin. J. Chem. 202341, 2071-2076, DOI: 10.1002/cjoc.202200752该项工作得到了国家自然科学基金、中国石油天然气集团公司-北京大学基础研究战略合作项目和腾讯基金会XPLORER奖支持。

认识本文的作者们

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Left to Right: Yuchen Jiao, Meng Wang, Ding Ma


马丁教授简介


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北京大学 化学与分子工程学院

马丁:北京大学化学与分子工程学院教授。长期在多相催化领域从事能源催化方面的研究,聚焦高效制氢过程,发展碳资源与氢气转化新路径。实现水分子中O-H键在催化剂界面的低温解离,开发了技术指标国际领先的低温水中取氢、高效制氢催化新体系;揭示了铁基费托合成催化剂最佳活性相,发展了合成气高效转化路径;突破传统途径,以废弃含碳物质(废塑料、二氧化碳)为碳资源构建“碳-氢循环”催化新体系。




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