东北林大张彦华教授级高级实验师 CEJ综述：聚乳酸作为碳源升级回收为工业化学品的研究进展

点击上方“蓝字” 一键订阅

近日，东北林业大学张彦华教授级高级实验师团队在国际著名期刊《Chemical Engineering Journal》上（IF＝13.273）发表题为“Progress in upcycling polylactic acid waste as an alternative carbon source: A review”的综述论文。论文从三级回收和四级回收的角度，详细综述了目前将废弃聚乳酸化学升级为燃料和工业化学品的主要方法，为处理废弃聚乳酸材料提供综合参考。

图1 聚乳酸作为碳源化学回收升级的主要方法

聚乳酸是目前产量最大用途最广泛的生物可降解塑料，其产量也是逐年增加。尽管聚乳酸可以完全降解，但自然条件下其降解速率较慢，大量废弃的聚乳酸堆积仍会导致污染。此外聚乳酸作为优质的碳源材料，与直接降解为二氧化碳和水相比，化学回收升级聚乳酸是一种更加绿色环保的方法。因为聚乳酸不仅可以解聚为合成聚乳酸的单体，同时还可以升级为工业生产所需要的各种化学品。东北林业大学张彦华教授级高级实验师从三元回收和四元回收的角度总结了废弃聚乳酸无法二元回收后，可以将废弃聚乳酸升级为能源或其他化学品的方法，为妥善处理大量废弃聚乳酸提供了参考。

 

图2 废弃聚乳酸四元回收方法的示意图

综述主要从热解、醇解、水解和氨解四个方面对废弃聚乳酸化学升级进行了综述。聚乳酸的热解主要从热解动力学以及计算模拟的方面对聚乳酸热解过程中产生的酯交换反应与自由基反应进行了综述。聚乳酸的热解可以回收丙交酯，而丙交酯是可以作为合成聚乳酸的原料重新再加工，这就实现了材料的闭环回收，循环利用。作者综述了目前聚乳酸热解最适合的温度、条件以及催化剂。同时也对聚乳酸与生物质的共热解进行了总结。

聚乳酸的醇解是最适合聚乳酸化学回收升级的方法，因为收集到的乳酸烷基酯不仅可以用于合成聚乳酸，同时也可以替代石油基溶剂用于工业、食品、制药等多方面应用。尤其是乳酸乙酯以其出色的溶剂效果，被认为是替代是有机溶剂的下一代绿色有机溶剂。论文从提高聚乳酸醇解反应速率，提高生成物专一性入手，分别论述了抑制聚乳酸醇解速率的因素以及相应的解决方法。采用有机催化剂、离子液体催化剂、金属及其配合物催化剂以及微波辅助的方法，详细论述了促进聚乳酸醇解的方法。此外论文还对聚乳酸的水解机理以及水解的促进方法进行了总结。

图3 促进聚乳酸醇解的主要方法及其优缺点。 
图4 聚乳酸水解的主要促进机理以及水解过程中的腐蚀机理

论文也总结了目前聚乳酸通过氨解的方式制备如乙腈、吡啶以及氨基酸等含氮精细化合物，并总结出催化剂的脱氧加氢能力是影响聚乳酸氨解反应活性以及产物选择性重要条件。最后文章总结了目前聚乳酸化学升级回收的现状，并且通过总结聚乳酸的发展前景表明聚乳酸的化学回收前景是巨大的。同时论文也指出了目前聚乳酸回收所面临的不足，希望在之后的研究中可以进行改进。

 
图5 聚乳酸氨解生成含氮精细化合物的主要过程

论文的通讯作者为东北林业大学材料学院的张彦华教授级高级实验师，第一作者为2019级博士研究生孙策。该工作受到国家自然科学基金与黑龙江省杰出青年项目的支持。近年来张彦华教授级高级实验师团队致力于生物质纤维/聚乳酸复合材料研发与应用，对复合材料的生命周期所涉及到的物理化学反应进行了深入的研究。通过木纤维改性的方式增强聚乳酸复合材料的紫外耐候性，从而延长聚乳酸复合材料在户外的使用时限 (J. Clean. Prod, 2018, 203,328-339)。建立了木质纤维聚乳酸复合材料水解速率调控模型，并可以应用于其他聚乳酸复合材料 (Compos. Sci. Technol, 2019, 181, 10767)。通过聚乳酸与木质纤维的热解产生的共协同效应高效节能地回收燃料与化学产物 (Energ. Convers. Manage, 2019, 202, 112212和Green Chem. 2021, 23, 9014-9023)

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.136881

相关进展

高分子科技原创文章。欢迎个人转发和分享，刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：[e-mail]

诚邀投稿

欢迎专家学者提供稿件（论文、项目介绍、新技术、学术交流、单位新闻、参会信息、招聘招生等）至[e-mail]，并请注明详细联系信息。高分子科技®会及时推送，并同时发布在中国聚合物网上。

欢迎加入微信群 为满足高分子产学研各界同仁的要求，陆续开通了包括高分子专家学者群在内的几十个专项交流群，也包括高分子产业技术、企业家、博士、研究生、媒体期刊会展协会等群，全覆盖高分子产业或领域。目前汇聚了国内外高校科研院所及企业研发中心的上万名顶尖的专家学者、技术人员及企业家。

申请入群，请先加审核微信号PolymerChina （或长按下方二维码），并请一定注明：高分子+姓名+单位+职称（或学位）+领域（或行业），否则不予受理，资格经过审核后入相关专业群。

点

这里“阅读原文”，查看更多