利用二氧化碳制作的塑料新方法诞生
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近日,斯坦福大学研究人员发明了一种制作塑料的新方法,可以利用二氧化碳和一些不能食用的植物材料如农业废弃物和杂草等制作塑料。由于目前世界上的塑料产品都是由石油制成的,所以这种新颖的制作方法可以生产出一些低碳的塑料替代物。

研究人员表示,他们的目标是用二氧化碳制成的塑料产品替代石油制成的塑料产品。他们认为,如果能够在制作塑料的过程中不消耗不可再生能源,那么将能极大减少塑料工业领域的碳排放量。

目前,世界上许多塑料产品都是由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET,也称作聚酯)的高分子聚合物制成。全世界每年大约要生产5千万吨的PET,用以制作纤维织物、电子产品、饮料容器以及个人护理产品等。而PET又是由对苯二甲酸和乙二醇两种成分构成的,这两种化学物质都需要从精炼石油和天然气中提取。因此,生产PET需要大量的化石燃料原料,进而会产生大量的二氧化碳,导致全球变暖。据统计,每生产1吨的PET就会产生超过4吨的二氧化碳。

因此,研究人员找到了一种能够替代PET的物质——聚乙烯(PEF),PEF由乙二醇和一种名为2-5-Furandicarboxylic acid(FDCA)的化合物构成。研究人员认为,PEF是PET的优质替代物,因为FDCA不需要从石油中提取,而能够从生物质能(Biomass Energy)中得到。同时,PEF还有能够密封氧气的优点,有利于制成瓶装产品。

尽管PEF有许多令人满意的优点,但目前塑料产业还没有发现一种能够低成本、大规模生产PEF的可行方法,因为工厂无法持续生产FDCA,这就阻碍了PEF的大规模使用。

而目前,世界上有两种方法生产FDCA,一是从玉米糖浆中提取果糖,然后将果糖转化为FDCA。但对于企业来说,种植农作物需要大量的土地、化肥、水和一些其他能源,在生产过程中也会产生大量二氧化碳。

第二种方法是利用另一种化合物——糠醛,糠醛可从收割后的农业废弃物和杂草中得到,这种获取方法已经有几十年的历史,全世界每年大约生产40万吨糠醛,用于制作树脂、溶剂和一些其他的产品。但通过糠醛和二氧化碳制作FDCA也存在一些弊端,因为这一过程需要一些危险且昂贵的化学品,耗能较大,因此也违背了研究人员的初衷。

通过反复试验,研究人员发现了一种更具优势的化合物——碳酸盐,他们将碳酸盐、二氧化碳和糠酸(一种糠醛衍生物)混合,并加热至200摄氏度,最后形成了一种熔盐。5个小时后,89%的熔盐混合物成功转化为FDCA。

研究人员表示,这种生产塑料的方法能大大减少温室气体的排放,因为生产PEF所需的二氧化碳可以从火电厂或其他工业场地排放的气体中得到。同时,由PEF制成的产品还可被重复利用,或通过焚化再次变成大气中的二氧化碳,而这些二氧化碳会被草地和一些其他的可再生植物吸收,最终这些草和植物又被用来制作PEF。

小编有话说:有了这种方法,人类又能向节能环保迈出一大步!
 
Pic Credit: Mark Shwartz/Stanford University
Journal reference: Carbon dioxide utilization via carbonate-promoted C–H carboxylation, nature.com/articles/doi:10.1038/nature17185
文章来源: http://phys.org/news/2016-03-scientists-renewable-plastic-carbon-dioxide.html
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