近日，东京都立大学研究生院理学研究科野村琴广教授的研究团队，开发出了两种高性能催化剂（氧化钙催化剂和钛催化剂），只需将聚酯、植物油与醇混合加热，便能使聚酯完全分解为原料。该成果有望推动化学回收的飞跃性发展，为利用高性能催化剂将塑料垃圾转化为附加价值化学品的研究增添活力。相关研究已发表于《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》的电子版上。
塑料垃圾大多作为燃料被再利用，而作为原料被再利用的化学回收比例则非常少。用于PET瓶和衣服等的聚酯是由羧酸和乙醇反应生成酯键的重复结构。只要完全切断这种酯键，就能将其转化为原料，但传统方法需要高温和过量的酸、碱等条件。
该研究团队长期致力于开发由非食用植物油合成洗涤剂、化妆品、聚合物原料等高附加值化学品（精细化学品）的催化剂，此次发现了两种高性能催化剂（氧化钙催化剂和钛催化剂），还证实了该催化剂对相同化学反应（酯交换反应）即聚酯的分解也有效，并能以接近100%的选择率将其转化为原料。
聚合物的分解反应(化学回收)。（供图:东京都立大学）
反应前（500毫克 聚乙烯醇，5.0毫升乙醇，1.0摩尔%钛催化剂）
反应后（150度，6小时，得到几乎透明的溶液※白色物为搅拌子)
除去挥发物（乙醇）后的粗产物 (仅得到聚合物原料乙二醇和己二酸二乙酯)
两种催化剂的特点都是能催化各种聚酯和乙醇的反应，特别是在探索植物油酯交换反应催化剂的过程中发现的钛催化剂，其活性是氧化钙催化剂的50～100倍以上，且在酯交换中可以使用各种酯类化合物、聚酯和乙醇，因此适用范围广泛。
氧化钙容易入手且价格低廉，工业使用的实际成果也很丰富，能以近乎100%的选择率将聚酯转化为原料。目前还没有将植物油的酯交换催化剂直接用于聚酯分解的研究先例，所以该研究成果有望开发出廉价且低环境负荷的化学工艺。此外，催化性能优异的钛催化剂适用范围广，对聚对苯二甲酸乙二酯（PET）、聚对苯二甲酸丁二酯（PBT）、聚己内酯（PCL）等各种聚酯的有效性也得到了确认。从植物油合成聚合物原料和各种精细化学品，以及从塑料垃圾中合成高附加值化学品的升级再造也值得期待。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
杂志：ACS Sustainable Chemistry ＆ Engineering
论文：CaO Catalyzed Transesterification of Ethyl-10-undecenoate as a Model Reaction for Efficient Conversion of Plant Oils, and their Application to Depolymerization of Aliphatic Polyesters
DOI：10.1021/acssuschemeng.2c04287
论文：Transesterification of Methyl-10-Undecenoate and Poly(ethylene adipate) Catalyzed by (Cyclopentadienyl)Titanium Trichlorides as Model Chemical Conversions of Plant Oils and Acid-, Base-Free Chemical Recycling of Aliphatic Polyesters
DOI：10.1021/acssuschemeng.2c04877
