基于PHBH共聚物的环保升级回收：溶剂无化学分解与功能化多孔膜开发

推荐：本研究针对生物塑料PHBH的可持续循环利用难题，开发了基于五赤藓醇(PE)和硬脂酸锌催化的无溶剂醇解工艺，成功制备出具有支化结构的低聚物。通过非溶剂致相分离(NIPS)技术结合生物基溶剂Cyrene?，开发出功能化多孔薄膜，其染料吸附量最高达390 μg/g，钯吸附量达1.48 μg/mg，并展现出与商业Pd/C相当的催化活性。该工作为PHAs的闭环回收提供了创新策略。

　　

随着全球塑料污染问题日益严峻，生物基可降解塑料的研发与应用成为解决环境问题的关键突破口。聚羟基脂肪酸酯(PHAs)作为微生物合成的天然聚酯，因其优异的生物相容性和可降解性备受关注。其中，聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基己酸酯)(PHBH)通过引入共聚单体改善了聚(3-羟基丁酸酯)(PHB)的脆性问题，但机械回收会导致分子量显著降低，而传统热解法则能耗高且产物控制困难。如何实现PHBH的高效回收并提升其附加值，成为制约该材料大规模应用的重要瓶颈。

针对这一挑战，来自国外研究机构的研究团队在《International Journal of Biological Macromolecules》发表创新性研究成果。该工作开发了基于可再生原料的无溶剂醇解工艺，通过五赤藓醇(PE)和硬脂酸锌(Zn(St)₂)催化体系，实现了PHBH的可控降解，制备出具有支化结构和羟基端基的功能化低聚物。进一步利用生物基溶剂Cyrene?，通过非溶剂致相分离(NIPS)技术成功开发出系列多孔功能薄膜，系统研究了其在污染物吸附、催化载体等领域的应用潜力，并深入探讨了材料的酶解行为。

研究采用核磁共振(¹H NMR)和凝胶渗透色谱(GPC)表征低聚物结构，通过差示扫描量热法(DSC)和热重分析(TGA)评估热性能。多孔薄膜采用扫描电镜(SEM)观察形貌，通过紫外-可见光谱和原子吸收光谱测定吸附性能。催化活性通过反式二苯乙烯氢化反应评估，酶解实验采用Humicola insolens Cutinase(HiC)在不同介质中进行。

研究结果部分，在"醇解反应研究"中发现，随着PE含量从2%增至10%，所得低聚物sPHBH_PE10的分子量从190,000 g/mol降至500 g/mol，玻璃化转变温度(T_g)从-2°C降至-16°C。¹H NMR证实形成了具有羟基端基的支化结构，酯化羟基比例达3.4%。在"PHBH基多孔薄膜开发"中，含20%低聚物的薄膜孔隙率达78.8%，水吸收(WU)最高达218%，显著高于纯PHBH薄膜的11%。"薄膜保留能力研究"显示，mPHBH_PE10对阳离子染料PR的吸附量达390 μg/g，对Pd²⁺的吸附量为1.48 μg/mg_干燥薄膜，还原后形成的Pd纳米簇(约160 nm)在氢化反应中表现出与商业Pd/C相当的催化活性(6.29 vs 6.25 mg^-1)。在"薄膜的酶解研究"中发现，含低聚物的薄膜在5 μM HiC的KPO缓冲液中10天内几乎完全降解，而纯PHBH薄膜仅降解74%，释放的3-羟基丁酸(3-HBA)浓度与降解程度呈正相关。

该研究创新性地构建了PHBH材料的闭环升级回收体系，其科学意义主要体现在三个方面：首先，开发的无溶剂醇解工艺避免了传统化学回收中有机溶剂的使用，采用生物基催化剂锌硬脂酸，符合绿色化学原则；其次，通过精确控制醇解程度，可定制化制备不同分子量和官能度的低聚物，为聚合物分子设计提供了新思路；最后，将回收产物直接应用于功能薄膜开发，实现了从废弃物到高附加值材料的转化。特别是薄膜表现出的优异吸附性能和催化活性，为生物基材料在环境修复和绿色催化领域的应用开辟了新途径。研究提出的"回收-功能化-应用"一体化策略，不仅适用于PHBH，也可拓展至其他聚酯类材料的可持续利用，对推动塑料循环经济发展具有重要指导价值。