塑料是一類重要合成材料，随着社會的日益發展其産量逐漸增加，截止2022年我國年産量已高達近8000萬噸。據報道絕大部分廢塑料使用後被直接棄置、填埋或焚燒，造成了嚴重的環境污染和資源浪費問題。采用包括聚乳酸（PLA）在内的生物可降解塑料是解決塑料污染的一種可行性方案。然而，聚乳酸廢塑料在實際環境中的降解速度非常緩慢，并且最終以CO2的形式釋放, 造成了碳資源的巨大浪費。因此，将包含聚乳酸在内的各類生物可降解廢塑料轉化為高附加值化學品是實現碳資源循環利用的重要途徑。 這類過程應遵循三個準則，1). 盡可能地在相對溫和的反應條件下進行轉化；2). 聚酯類塑料中的含氧基團都是在單體合成過程中艱難地引入，在轉化過程中要盡可能地保留聚酯塑料碳骨架中的含氧基團；3). 要盡量少地使用氫氣，特别是高壓氫氣。最後兩個準則相互關聯，因為含氧基團的脫除一般都需要氫氣的參與。而滿足這三個準則對于聚酯類塑料分子的綠色和可持續發展的轉化過程具有重要意義。
圖1. 聚乳酸多相催化制備甲基丙烯酸甲酯反應路線圖
近日，beat365馬丁/王蒙課題組首次報道了一種通過兩步催化反應将聚乳酸塑料轉化為甲基丙烯酸甲酯的新過程（圖1）。在第一步反應中采用α-MoC催化劑及甲醇，在無外加氫氣的條件下（反應溫度為220度），通過醇解和加氫脫氧過程實現聚乳酸廢塑料高效制備丙酸甲酯（聚乳酸轉化率> 99%，丙酸甲酯收率~98%）。這種加氫脫氧催化體系同時适用于聚乙醇酸（PGA）及聚己内酯（PCL）的催化降解。進一步采用Cs-La/SiO2催化劑，可以實現丙酸甲酯和甲醛向甲基丙烯酸甲酯的高效轉化（圖2a，反應溫度為380度，丙酸甲酯轉化率> 80%，甲基丙烯酸甲酯選擇性> 90%）。使用商業聚乳酸吸管（約含83% PLA）評估了聚乳酸兩步法轉化為甲基丙烯酸甲酯的效率，6 g 聚乳酸吸管經過兩步催化轉化可獲得2.5 g甲基丙烯酸甲酯和2.1 g丙酸甲酯（圖2c），值得注意的是，整個反應過程中無需外加氫氣。
圖2. 聚乳酸廢塑料制備甲基丙烯酸甲酯的反應過程
采用“碳循環（carbon circulation）”的轉化思路，将PLA轉化為高附加值化學品的新方法具有比自然降解路徑更大的優勢，并為其他類型廢塑料的高值化轉化帶來了啟發。該研究成果近日以“Valorization of waste biodegradable polyester for methyl methacrylate production”為題發表于Nature Sustainability。
該研究得到國家自然科學基金、科技部重點研發計劃、北京分子科學國家研究中心等的資助。beat365馬丁教授和王蒙副研究員為該工作的通訊作者，第一作者為beat365官方网站博士後孫博，合作者包括上海有機所劉國生教授、紐黑文大學肖德全教授、中國科學院大學周武教授。
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