很多人都熟悉这样一幅令人难以忘怀的画面:包括海龟、海豚和海豹在内的野生动物被废弃的渔网缠住。
尼龙-6，也就是这些网、地毯和衣服里面的塑料，其主要问题是它太坚固、太耐用，无法自行分解。所以，一旦它进入环境，它就会在水中徘徊数千年，在水道中乱扔垃圾，破坏珊瑚，扼杀鸟类和海洋生物。
现在，西北大学的化学家们已经开发出一种新的催化剂，可以在几分钟内快速、清洁、完全地分解尼龙-6，而且不会产生有害的副产物。更棒的是:该工艺不需要有毒溶剂，昂贵的材料或极端条件，使其在日常应用中非常实用。
这种新型催化剂不仅可以在环境修复中发挥重要作用，还可以在将尼龙-6废物升级为高价值产品方面迈出第一步。
这项研究发表在周四(11月30日)的《化学》杂志上。
该研究的资深作者、西北大学的托宾·马克斯说:“全世界都意识到了塑料问题。”“塑料是我们社会的一部分;我们用得太多了。但问题是:当我们完成它时，我们该做什么?理想情况下，我们不会把它烧掉或扔进垃圾填埋场。我们会回收它。我们正在开发催化剂，可以分解这些聚合物，使它们恢复到原来的形态，这样它们就可以重复使用。”
Marks是西北大学温伯格艺术与科学学院的Charles E. and Emma H. Morrison化学教授和Vladimir N. Ipatieff催化化学教授，也是西北大学麦考密克工程学院的材料科学与工程教授。
他还是Paula M. Trienens可持续发展与能源研究所的教员。西北大学的合著者包括莎拉·丽贝卡·罗兰化学与生物工程教授、麦考密克学院高级副院长琳达·j·布罗德贝尔特(Linda J. Broadbelt)和马克斯小组的研究助理教授约西·克拉蒂斯(Yosi Kratish)。
致命的困难
从衣服到地毯到安全带，尼龙-6存在于大多数人每天使用的各种材料中。但是，当人们用完这些材料后，它们最终会被填埋，或者更糟:在包括海洋在内的环境中松散。根据世界野生动物联合会的数据，每年有多达100万磅的渔具被遗弃在海洋中，由尼龙-6制成的渔网至少占太平洋垃圾带的46%。
“渔网在使用几年后就会失去质量，”论文的第一作者、马克斯实验室的博士后叶利伟说。“它们被水浸透了，很难把它们从海里拉出来。而且更换它们非常便宜，以至于人们把它们留在水里，然后买新的。”
“海洋里有很多垃圾，”马克斯补充说。“纸板和食物垃圾可以生物降解。金属沉到水底。然后我们就剩下塑料了。”
最环保的溶剂是没有溶剂
目前处理尼龙-6的方法仅限于简单地把它埋在垃圾填埋场。当尼龙-6燃烧时，它会释放出有毒的污染物，如氮氧化物，这与各种健康并发症有关，包括过早死亡，或二氧化碳，一种臭名昭著的强效温室气体。
尽管其他实验室已经探索了降解尼龙-6的催化剂，但这些催化剂需要极端条件(例如高达350摄氏度的温度)、高压蒸汽(能量昂贵且效率低下)和/或有毒溶剂，这些溶剂只会造成更多污染。
“你可以把塑料溶解在酸里，但剩下的是脏水，”马克斯说。“你用它做什么?”我们的目标始终是使用绿色溶剂。什么样的溶剂比没有溶剂更环保呢?”
回收建筑材料进行升级回收
为了绕过这些问题，研究人员将目光投向了马克斯实验室已经开发出来的一种新型催化剂。这种催化剂利用钇(一种廉价的地球上丰富的金属)和镧系离子。当研究小组将尼龙-6样品加热到熔化温度，并在没有溶剂的情况下使用催化剂时，塑料就会分解——恢复到原来的结构块，而不会留下副产品。
“你可以把聚合物想象成一条项链或一串珍珠，”马克斯解释说。在这个比喻中，每颗珍珠都是一个单体。这些单体是构建单元。我们想出了一个办法，把项链弄碎，但找回那些珍珠。”
在实验中，马克斯和他的团队能够回收99%的塑料原始单体。原则上，这些单体可以被升级为更高价值的产品，目前对它们的强度和耐用性有很高的需求。
马克斯说:“回收尼龙实际上比普通尼龙更值钱。”“许多高端时尚品牌在服装中使用回收尼龙。”
有效地瞄准尼龙6
除了回收高产量的单体外，该催化剂还具有高度选择性——仅作用于尼龙-6聚合物而不破坏周围材料。这意味着工业界可以将催化剂应用于大量未分类的废物，并选择性地针对尼龙-6。
“如果你没有选择性的催化剂，那么你如何将尼龙从其他废物中分离出来?”标志着说。“你需要雇人对所有的垃圾进行分类，以去除尼龙。这是非常昂贵和低效的。但如果催化剂只降解尼龙，而不分解其他物质，那就非常高效了。”
回收这些单体也避免了从头开始生产更多塑料的需要。
叶说:“这些单体是从原油中生产出来的，所以它们的碳足迹很大。”“这是不可持续的。”
接下来是什么?
在为新工艺申请专利后，马克斯和他的团队已经收到了潜在工业合作伙伴的兴趣。他们希望其他人可以大规模使用他们的催化剂来帮助解决全球塑料问题。
“我们的研究代表了聚合物回收和可持续材料管理领域向前迈出的重要一步，”叶说。“创新的方法解决了当前回收技术的一个关键差距，为尼龙废料问题提供了一个实用而有效的解决方案。我们相信这对减少塑料对环境的影响和促进循环经济具有重要意义。”
