Ir(triNHC)催化废弃聚对苯二甲酸丁二醇酯升级再造为可生物降解塑料的创新研究

本研究针对塑料污染治理难题，开发了Ir(triNHC)催化体系高效转化废弃聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)为γ-羟基丁酸(GHB)和琥珀酸(SA)的创新策略。通过碱调控选择性（KOH单脱氢/Ba(OH)2双脱氢），实现PBT衍生物定向转化为聚4-羟基丁酸酯(P4HB)和聚丁二酸-共-对苯二甲酸丁二醇酯(PBST)两种可降解塑料，为塑料循环经济提供新范式。

　　

全球每年产生近4亿吨塑料垃圾，其中聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)因其优异的机械性能广泛应用于电子和汽车领域，年产量达120万吨。传统填埋或焚烧处理方式不仅浪费资源，更导致严重环境污染。虽然已有研究通过化学回收获取PBT单体对苯二甲酸(TA)和1,4-丁二醇，但将其转化为高附加值产品的策略仍属空白。

韩国Ajou大学Hye-Young Jang团队在《Cell Reports Physical Science》发表研究，开发了Ir(triNHC)催化体系实现PBT的高效升级再造。通过调控碱性条件（KOH/Ba(OH)₂），选择性将PBT转化为γ-羟基丁酸(GHB)或琥珀酸(SA)，进而合成FDA批准的可降解塑料P4HB和PBST。该工作为塑料废物资源化提供了新思路。

研究采用Ir(triNHC)催化水热反应（180-200℃），通过气相色谱和核磁监测反应进程，利用凝胶渗透色谱(GPC)和差示扫描量热法(DSC)表征聚合物性能，并参照ISO 14855-1:2012标准进行工业堆肥降解实验。

催化升级再造PBT

研究发现0.2 mol% Ir(triNHC)催化剂在KOH条件下6小时可将PBT转化为GHB（产率86%），而Ba(OH)₂在200℃促进双脱氢生成SA（产率85%）。动力学研究表明Ba²⁺通过配位中间体加速二次脱氢，催化剂D对1→2转化显示独特活化特性。

催化剂比较

三氮杂环卡宾(triNHC)配体的Ir(I)催化剂A表现最优，减少NHC配体数（催化剂B/C）或改用Ir(III)（催化剂D）均降低活性。催化剂A在10倍放大反应中保持稳定性，连续循环使用仍产氢稳定。

实际废物转化

键盘键帽（75% PBT）和牙刷柄等日常废弃物直接处理，分别获得GHB（76%）和SA（78%），证明方法对含杂质废物的适用性。

可降解塑料合成与性能

PBT衍生的GHB经开环聚合得到P4HB（M_n=4.3 kDa），具有-48℃玻璃化转变温度和56℃熔点；SA与回收TA共聚制得PBST。工业堆肥31天测试显示，P4HB和PBST降解率分别达90%和65%，显著优于传统塑料。

该研究首次实现废弃PBT到可降解塑料的定向转化，建立了"废物-单体-高值材料"的循环模式。通过碱调控的精准催化，解决了塑料升级再造中选择性控制的关键难题，为发展绿色高分子产业提供了新方法。值得注意的是，该方法无需预处理彩色或含杂质废物，具有直接工业化应用潜力，相关技术已申请韩国政府资助推进产业化。