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王玉忠院士团队提出热固性塑料废弃物高值化利用新策略

访问量: 2020-03-10

到目前为止,人类已经产生63亿吨塑料垃圾,绝大部分被填埋、焚烧或排入海洋,对自然环境造成严重的污染。其中热固性塑料由于其稳定的三维网状结构,不熔不溶,更不能在自然环境中降解,给循环利用造成极大困难。寻求一种绿色、节能、高附加值的回收方式是塑料回收领域的一大挑战。王玉忠院士团队采用以废治废的设计理念,发现利用微波极化作用和调节溶剂极性和溶解度参数可实现在热固性树脂中快速成孔,提出了微波溶胀可控致孔新方法,通过简单的物理改性法将废旧的热固性树脂成功制备成一种孔径可调的油水分离材料(图1)。该方法不仅为热固性塑料回收利用提供了一种新的理念,而且为油水分离材料的设计提供了一种新的思路。

利用绿色溶剂NMP与树脂的相亲性,在微波加热条件下对废旧环氧树脂(EP)溶胀得到溶胀树脂(SEP),随后经过微波辅助制孔得到结构稳定的多孔树脂(PEP),PEP孔径均匀分布在80 nm左右。改性后树脂表面粗糙度从1.8 nm增加到63.1 nm,水接触角从81o增加到101o(图2)。微波促溶胀致孔法是一种物理改性方法,回收过程没有破坏树脂的三维网络结构,因此在保持热固性树脂良好的热稳定性和机械稳定性基础上可应用于油水分离领域。在无需外加压力条件下,PEP依靠油水混合自身重力可实现对油水乳液的高效分离,对粒径为3.5 μm的乳液分离通量达到2306.78 L (m2 h)-1,且多次循环使用后,PEP仍保持很高的分离效率和分离通量。通过改变溶胀溶剂的组成和配比可以调控树脂的孔径,可高效分离不同粒径的乳液,当乳液粒径与多孔树脂的孔径大小相当时,PEP的破乳效果最佳(图3)。此外,微波促溶胀致孔法还适用于环氧树脂复合废料以及其他热固性树脂的回收利用。


 

图1 微波促溶胀致孔法回收废旧热固性树脂制备油水分离材料

 

图2 EP,SEP和PEP的数码照片(a)和SEM图(b)及多孔PEP形成示意图(c) 

 

图3 PEP孔径调控以及对不同粒径乳液的高效分离

此项研究为废弃热固性塑料回收开辟了新的研究途径,拓展了新的应用领域,实现了“变废为宝”,并为设计孔径可调的油水分离材料提供了一种新思路。该研究成果发表在国际期刊《Materials Horizons》上,题目为“From waste epoxy resins to efficient oil/water separation materials via a microwave assisted pore-forming strategy”。第一作者为博士研究生田飞,通讯作者为王玉忠教授和徐世美教授。

原文链接:

https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2019/mh/c9mh00541b

 

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