四川大学王玉忠院士团队提出废旧塑料物理升级回收新模式

塑料废弃物的不合理处理不仅带来严峻的环境问题,还造成不可再生资源的巨大浪费,因此发展简单高效的回收方式,将塑料废弃物高值化利用具有重要的意义。目前物理回收和化学回收备受关注,然而物理回收过程中常由于机械、热等作用导致再生塑料性能下降,多为降级回收;化学回收可以得到原料、低聚物及其他化学品,有望实现升级回收,但常常需要在高温高压下进行,导致产物组成较为复杂,实际利用率和附加价值较低。特别对于热固性塑料而言,其稳定的三维网络结构增加了回收难度,是目前塑料废弃物回收领域面临的瓶颈问题。

针对这一难题,四川大学王玉忠院士团队另辟蹊径,利用热固性树脂本身的特性,并结合尺寸效应,通过简单物理方式成功实现了热固性树脂的升级回收。该方法简单易行,仅通过树脂的粉碎和颗粒的再组装,在不破坏树脂化学键的情况下,即可制备得到多种功能材料,应用于油水分离、不同粘附力的疏水涂层、酸性液体/气体监测及信息存储等多个领域。且该方法具有通用性,不仅适用于热固性塑料,也适用于热塑性塑料。正如意大利诗人但丁所言 “世上没有垃圾,只有放错地方的宝藏”。该工作综合了目前物理回收过程的简便性和化学回收产品高值化的优势,为塑料废弃物的循环利用提供了新的思路与借鉴。相关研究成果以 “Multiple Functional Materials from Crushing Waste Thermosetting Resins”为题发表在国际知名期刊Materials Horizons上。论文的第一作者为博士研究生刘雪辉,通讯作者为王玉忠院士和徐世美教授。

四川大学王玉忠院士团队提出废旧塑料物理升级回收新模式

功能一:油水混合物分离

热固性环氧树脂颗粒(CEPs)通过简单的堆积即可实现对简单油水混合物的分离,这种再利用方式同样适用于其他的废弃物,如热固性不饱和聚酯、玻璃纤维增强的环氧树脂、橡胶粉、PE、PP、PA6等。分离通量可以达到57325 L m-2 h-1,分离效率为99%。另外,改性后的CEPs(HEPs)还可以对多种油包水乳液进行分离且具有良好的循环稳定性。

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图1 CEPs用于简单油水混合物的分离

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图2 HEPs用于乳液分离

功能二:疏水涂层

CEPs可用于疏水性微纳结构的构筑,与不同的粘合剂相结合,可以制备粘附力不同的疏水涂层。当选用环氧树脂粘合剂时,所制得涂层的水接触角为144.6°,粘附力为219 μN,可以用于表面储水(50 μL)及水的定向运输(170 μL)。当选用PDMS粘合剂时,所得涂层的水接触角为150.2°,粘附力为106 μN。当水的体积达到为6 μL时,即可从倾斜的表面滚落,可用于水的收集。

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图3 CEPs与环氧树脂粘合剂结合制备的高粘附力疏水涂层及其应用

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图4 CEPs与PDMS粘合剂结合制备的低粘附力疏水涂层及其应用

功能三:酸监测及信息存储

块状环氧树脂具有优异的耐酸碱腐蚀性,但是将其粉碎为细小的颗粒时,在遇到酸性液体(1s)或者气体(5s)时即可显示裸眼可见的颜色变化,从而应用于酸性液体/气体的监测。同时,这种颜色的变化是可逆的:当遇到碱性溶液/气体,CEPs涂层又恢复到原来的颜色,进而可应用于NH3等碱性气体的监测。推测胺固化环氧树脂的这种响应性变色是由于质子化导致的,而酸酐类固化的环氧树脂则不具有这种响应变色行为,因此将这两种树脂结合可以用于信息存储等领域。

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图5 CEPs用于酸性液体/气体监测

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图6 CEPs用于信息存储

全文链接:

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/mh/d0mh01053g#!divAbstract

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