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許多人都看過這樣的畫面：海洋生物——海龜、海豚和海豹們被廢棄的漁網纏住動彈不得，甚至悲慘死去。

尼龍6——這種存在于漁網、地毯和衣服等日常物品中的塑料成分，無法自行分解，一旦進入自然環境，就會造成水污染，破壞珊瑚，扼殺鳥類和海洋生物。

現在，西北大學的化學家開發出了一種新型催化劑，這種新型催化劑不僅可以在環境修復中發揮重要作用，還可以邁出將尼龍6廢物升級改造為更高價值產品的第一步。

根據《科學日報》11月30日報道，該研究近期發表于《化學》雜志，并引用了西北大學溫伯格藝術與科學學院托賓·馬克斯的話：“塑料是我們社會的一部分；我們使用了很多塑料。但問題是：用完后我們該怎么辦？理想情況下，我們不會焚燒它或將其放入垃圾填埋場，而是回收利用它。我們正在開發催化劑來解構這些聚合物，將它們恢復到原來的形式，這樣它們就可以重復使用。”

致命難題

衣服、地毯、安全帶……大多數人每天使用的各種材料中都含有尼龍 6。 但是，當人們用完這些材料后，它們最終會被扔進垃圾填埋場，甚至散落在自然環境中，包括海洋。 據世界野生動物聯合會稱，每年有多達 100 萬磅的漁具被遺棄在海洋中，其中由尼龍 6 制成的漁網占太平洋垃圾帶的至少 46%?！皾O網在使用幾年后就無法再用”，論文第一作者葉立偉（音：Liwei Ye）舉例說，“漁網浸水后甚至很難將從海里拉出來，但更換成本低，所以最簡單的就是漁網直接丟棄在水里并買新的?！?

“海洋中有很多垃圾，”馬克斯說， “紙板和食物垃圾可以生物降解。金屬沉到底部。然后我們就剩下塑料了?！?

目前處理尼龍 6的方法僅限于簡單地將其掩埋在垃圾填埋場中。尼龍 6燃燒時會釋放出氮氧化物等有毒污染物，這些污染物與各種健康并發癥（包括過早死亡）有關。

盡管其他實驗室已經探索了降解尼龍 6的催化劑，但這些催化劑需要極端條件（例如高達 350 攝氏度的溫度）、高壓蒸汽（能源昂貴且效率低下）或有毒溶劑，甚至導致更多污染。

“你可以將塑料溶解在酸中，但得到的是污染的水，”馬克斯說。 “你用它做什么？我們的目標始終是使用綠色溶劑。而最綠色的溶劑就是沒有溶劑。”

回收“積木” 升級改造

為了繞過這些問題，研究人員尋找了馬克斯實驗室已經開發的新型催化劑。該催化劑利用釔（一種地球上儲量豐富的廉價金屬）和鑭系元素離子。當研究小組將尼龍 6 樣品加熱到熔化溫度并在沒有溶劑的情況下使用催化劑時，塑料就會分解，恢復到原來的結構，而不會留下副產品。

“你可以把聚合物想象成項鏈或珍珠串，”馬克斯解釋道。 “在這個類比中，每顆珍珠都是一個單體。這些單體是構建塊。我們設計了一種方法來分解項鏈，但恢復這些珍珠。”

在實驗中，馬克斯和團隊能夠回收 99% 的塑料原始單體。 原則上，這些單體可以升級為更高價值的產品，目前對其強度和耐用性的需求很高。

“再生尼龍實際上比普通尼龍更值錢，”馬克斯說。 “許多高端時尚品牌在衣服中使用再生尼龍。”

有效靶向

除了回收高產率的單體外，該催化劑還具有高選擇性——僅靶向作用于尼龍聚合物，而不破壞周圍的材料。這意味著工業界可以將該催化劑應用于大量未分類的廢物并選擇性地針對尼龍6。

“如果沒有靶向催化劑，那么如何將尼龍與其他廢物分離呢？” 馬克斯說道。 “你需要雇人對所有廢物進行分類，成本高且效率低下。但如果催化劑只降解尼龍并留下其他東西，那就非常高效了?！?

回收這些單體還可以避免從頭開始生產更多塑料。

在為新工藝申請專利后，馬克斯和團隊已經收到了潛在工業合作伙伴的興趣。 他們希望其他人能夠大規模使用他們的催化劑來幫助解決全球塑料問題。

“我們的研究代表了聚合物回收和可持續材料管理領域向前邁出的重要一步，”葉說。 “這種創新方法解決了當前回收技術的關鍵差距，為尼龍廢物問題提供了實用且有效的解決方案。我們相信它對于減少塑料的環境足跡和促進循環經濟具有重要意義?！?

原文作者：阿曼達·莫里斯（材料由西北大學提供）

原文引用參考：

葉立偉（音：Liwei Ye）、劉曉陽（音：Xiaoyang Liu）、克里斯汀·B·貝克特、雅各布·羅斯鮑姆、克拉麗莎·林肯、琳達·J·布羅德貝爾特、尤西·克拉蒂什、托賓·J·馬克斯。 《用于尼龍 6 塑料快速、選擇性和無溶劑解聚的催化劑金屬配體設計》。《 化學》，2023；DOI: 10.1016/j.chempr.2023.10.022