【解读】Green Chem.:三聚氰胺-甲醛树脂催化降解为有价值的化学品

发布于 2021-10-13 15:10

一、研究背景：

三聚氰胺甲醛树脂（MFRs）简称三聚氰胺树脂，又称密胺甲醛树脂或密胺树脂，是一种重要的三嗪环化合物。近十年来，随着快餐行业的快速发展，MFRs由于其轻巧、美观、经久耐用、不易碎等性能，被广泛应用于餐饮业及儿童饮食业等。废旧的MFRs作为固体废物不但会占用大量的生产生活用地，更会由于其难以降解的特性对环境产生严重的影响。化学回收条件相对温和，通过精细调节溶剂体系可以选择性打开树脂中的某些化学键，降解产物主要是树脂基体解聚产物（单体及其衍生物），可重新回收利用，而且可以避免热解过程中产生的剧毒小分子。

二、文章简介：

山西煤化所山西省生物炼制工程技术研究中心侯相林、邓天昇团队针对MFRs树脂结构特性，设计了甲磺酸-四氢呋喃-水的高效降解体系，实现了MFRs树脂催化降解为三聚氰酸的定向解聚。文章探究了MFRs催化降解的路径，揭示了其催化反应机理。最终产物三聚氰酸可作为有机合成原料，重新用于合成树脂合成、环氧树脂、高分子材料改性剂和药物卤三羟嗪的生产等。

相关研究成果发表在Green Chemistry，文章第一作者为武少弟博士，通讯作者为侯相林研究员、邓天昇研究员和崔晓静老师。团队在密胺树脂选择性断键降解方面已申请6项国家发明专利（CN202010682908.0，CN202010682948.5，CN202010683067.5，CN202010682256.0，CN202010682086.6，CN202010682136.0）。

三、研究内容：

通过SEM探究了催化体系与树脂表面的相互作用，筛选出侵蚀作用最佳的溶剂体系，利用NMR和IR定量分析了反应过程中的中间产物和最终产品，最终确定分子中选择性断键的化学键位置，为探究MFRs的降解路径提供了直接证据。

图1. 密胺树脂化学降解示意图。

团队借助热重质谱探究了在密胺树脂降解过程中，玻璃化转化温度的影响，通过ICP分析筛选出效果最佳的催化剂，选择同样含有三嗪环的三聚氰胺作为模型化合物，具体探究了模型化合物随着温度和时间的变化，基本探明了MFRs催化降解的路径，揭示了其催化反应机理。

图2. 密胺树脂降解过程示意图。

四、总结与展望：

本文首次报道了一种简单有效的密胺树脂化学降解方法，即在温和的条件下（180℃），通过MSA-THF-10wt% H2O选择性打开MFRs中的特定C-N键。该催化剂体系对MFRs中sp2C-sp3N和sp3C-sp3N键的裂解具有较高的选择性，而不破坏MFRs三嗪环中的sp2C-sp2N键。MFRs降解后主要产品是三聚氰酸，可作为高值化的化学品循环利用。此外，THF-H2O溶液的可重复性较好，循环使用7次后仍保持较高的活性。这项工作可以在较温和的条件下实现废弃MFRs的资源化利用，为我们提供了一种高效、经济的固体废物回收方法。

五、致谢：

感谢国家自然科学基金（No.21774139），山西省自然科学基金（No.201901D111006ZD）和山西省“1331计划”项目的支持。

Authors: Shaodi Wu, Ning Zhang, Shiyu Jia, Chizhou Wang, Yingxiong Wang, Yongqin Qi, Hongliang Wang, Xiaojing Cui*, Xianglin Hou*, and Tiansheng Deng*

Title: Catalytic degradation of melamine–formaldehyde resins into valuable chemicals

Published in: Green Chemistry, doi: 10.1039/D1GC02478G.

文本编辑：Kelvin