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聚酰胺 6（PA6）回收困难，研究人员开发以 L-Nb?O?为固体酸催化剂的体系。在 260°C、THF 作溶剂条件下，PA6 转化为 ε- 己内酰胺（CPL）产率达 82.2%。该研究为 PA6 闭环回收提供有效方法，助力循环经济。
在当今时代，塑料的身影无处不在，从日常生活用品到高端科技产品，都有它的踪迹。然而，塑料产量的飞速增长也带来了严峻的环境问题。每年全球生产 4.5 亿吨塑料，预计到 2050 年还将翻倍。大量废弃塑料堆积，采用填埋或焚烧处理，不仅占用土地，还会造成环境污染。
聚酰胺（PA）作为一种工程塑料，其中 PA6 应用极为广泛。它凭借分子链间的氢键，具备高机械强度、高刚性、耐磨、强增强和抗冲击等优良性能。但 PA6 的生产消耗化石燃料和含氮化学品，还会产生温室气体。传统处理废弃 PA6 的方法，如简单燃烧，会产生 NH?或 NO?，对环境保护构成挑战；像处理聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）那样的热解方式，也不适用于 PA6。虽然已有一些将 PA6 转化为其他化学品的研究成果，如用 Ru 基有机金属催化剂将 PA6 转化为 6 - 氨基己醇，或是通过氨解、转酰胺化等反应处理 PA6，但这些方法存在成本高、条件苛刻等问题。将 PA6 闭环回收为 ε- 己内酰胺（CPL）是理想路径，已有研究使用离子液体、碱性催化体系、La 基有机金属配合物催化体系等，但高温或昂贵催化剂的使用限制了其应用。
为了解决这些难题，国内研究人员开展了以开发高效 PA6 回收体系为主题的研究。他们成功开发出一种以比表面积超 200 m2/g 的层状 Nb?O?（L-Nb?O?）为固体酸催化剂的体系，用于将 PA6 转化为 CPL。这一研究成果意义重大，它为 PA6 的闭环回收提供了一种简便且高效的方法，有助于推动碳中和与循环经济发展，为解决塑料污染问题提供了新的方向。该研究成果发表在《Catalysis Today》上。
研究人员开展研究时用到的主要关键技术方法包括：筛选不同的固体催化剂，在不同温度、时间条件下，以多种溶剂进行 PA6 解聚反应实验；通过系列实验探究催化剂的循环稳定性，进行放大实验验证体系可行性；运用多种手段研究催化反应机理，确定不同酸性位点在解聚过程中的作用。
反应条件筛选
研究人员旨在相对低温下实现 PA6 解聚，首先测试了多种固体催化剂。在 240°C、以乙二醇二甲醚（DME）为溶剂、反应 8 小时的条件下，测试了从碱性到酸性的多种催化剂。结果发现，Mg - Al 水滑石（Mg - Al LDH）和 CeO?等典型碱性催化剂对 PA6 解聚效果不佳。这表明碱性催化剂不适用于该反应体系，为后续筛选指明了方向。
最佳反应条件及产率
经过进一步研究，确定了最佳反应条件：在 260°C 下，以四氢呋喃（THF）为溶剂，反应 5 小时。在此条件下，PA6 转化为 CPL 的产率高达 82.2%。这一结果得益于 THF 能在反应温度下溶解 PA6，降低传质阻力，以及 L-Nb?O?催化剂具有高 Lewis 酸性和高比表面积。
催化剂性能研究
L-Nb?O?催化剂表现出良好的循环稳定性，可重复使用 5 次且催化活性下降不明显。通过煅烧还能使其再生，这一特性使得该催化剂在实际应用中更具优势，降低了生产成本。
催化机理探究
研究发现，在 PA6 解聚为 CPL 的过程中，起决定性作用的是 Lewis 酸性而非酸浓度，而 Br?nsted 酸位点对该过程有抑制作用。同时，增大的比表面积有利于更多酸性位点的暴露，从而提高解聚效率。这一发现深入揭示了催化反应的本质，为后续优化催化剂提供了理论依据。
放大实验与体系可行性
通过系统的循环稳定性评估和放大实验，证实了该体系具有良好的稳健性和实际工业应用的可行性。这意味着该研究成果有望从实验室走向工业生产，为大规模回收 PA6 提供技术支持。
研究人员成功开发出以 L-Nb?O?为固体酸催化剂的体系，在温和条件下高效地将 PA6 转化为 CPL。确定了最佳反应条件，深入探究了催化机理，证明了催化剂的循环稳定性和体系的工业应用潜力。该研究成果为 PA6 的闭环回收提供了创新方法，推动了塑料回收领域的发展，在实现碳中和与循环经济目标中具有重要意义。未来，有望在此基础上进一步优化反应体系，提高回收效率，降低成本，促进相关产业的可持续发展。
