二氧化碳基聚合物解讀課件

1、二氧化碳基聚合物材料科學與工程學院第1頁，共21頁。ContentProspectBackgroundIntroductionProblems第2頁，共21頁。Background全球變暖背景分析 二氧化碳 溫室效應京都議定書2025年：388億t中國2030年：71億t， 1/4以上經(jīng)濟飛速發(fā)展全球供應的能源仍在增長，以支撐全球經(jīng)濟發(fā)展，但全球也面臨減少溫室氣體排放的挑戰(zhàn)。據(jù)預測，到 2030年，世界能源需求將比 2000年增長約60%，而發(fā)展中國家能源需求的增長將使其占CO 2 排放增加量的大部分。據(jù)分析，發(fā)展中國家將占2000-2030年CO 2 排放增加量約85%。中國目前至少排放二氧

2、化碳38億t，到2030年可能到71億t，占世界CO 2 排放增加總量的 1/4以上，要履行京都議定書的義務，任務十分繁重。全行業(yè)都要把減排當作義不容辭的責任，為此，中國在哥本哈根氣候變化大會召開前夕，正式對外提出了“清晰的量化目標”，即中國決定到2020年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值CO 2 排放比 2005年下降 40%45%。我國人口眾多，經(jīng)濟發(fā)展水平相對較低，正處于工業(yè)化、城鎮(zhèn)化加快發(fā)展的重要階段，隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，近期內(nèi)CO 2 排放量將急劇上升，控制溫室氣體排放形勢十分逼人，正面臨著巨大壓力和特殊困難。第3頁，共21頁。第4頁，共21頁。BackgroundCO2環(huán)境溫室效應的“元兇”潛

3、在的碳資源第5頁，共21頁。 創(chuàng)建低碳經(jīng)濟發(fā)展模式，節(jié)能減排，從源頭控制。 CO2 資源化應用，變廢為寶。應對全球變暖問題的途徑分析 Introduction第6頁，共21頁。IntroductionCO2資源化碳資源碳氧資源重點：利用CO2 合成甲醇和甲酸問題：經(jīng)濟性不高；消耗大量的氫氣。熱點：以CO2 和環(huán)氧化物共聚物為代表的CO2基塑料。問題：催化劑效率低、聚合物加工性差、成本高。第7頁，共21頁。Introduction以烴和二氧化碳為原料共聚而成，其中二氧化碳含量占 31%50%。與常規(guī)聚合物相比，對烴類及原料石油的消耗大大減少。環(huán)境友好材料二氧化碳基聚合物指在原料采集、產(chǎn)品制造、使

4、用或者再生循環(huán)利用以及廢料處理等環(huán)節(jié)中對環(huán)境負荷最小的材料，具有資源和能源消耗少、對生態(tài)和環(huán)境污染小、再生利用率高的特點。第8頁，共21頁。Introduction由二氧化碳制備完全降解塑料的研究始于1969 年。日本油封公司井上祥平等人發(fā)現(xiàn)，二氧化碳和環(huán)氧丙烷在催化劑作用下共聚可得到交替型脂肪族聚碳酸酯。美國在此基礎(chǔ)上通過改進催化劑，于1994年生產(chǎn)出二氧化碳可降解共聚物。第9頁，共21頁。Introduction二氧化碳基聚合物的優(yōu)勢：良好的環(huán)境可降解性：回收再利用；焚燒處理只生成CO2和水，無煙霧，不造成二次污染；填埋處理時，可在數(shù)月內(nèi)降解。以減少對石油的消耗環(huán)境適應性理想第10頁，共2

5、1頁。Introduction二氧化碳是一種化學性質(zhì)相當穩(wěn)定的化合物、具有較高的熱力學穩(wěn)定性，因此尋找可活化二氧化碳的催化劑是該研究的關(guān)鍵。目前的催化體系包括：鋅類催化劑(包括羧酸鋅催化劑、雙亞胺型鋅配合物催化劑等)鉻催化劑(卟啉鉻催化劑、SalenCr(III)催化劑等)稀土催化劑鋁鹽類催化劑六氰基鐵-二氯化鋅-水組成的新型催化劑體系離子液體催化劑第11頁，共21頁。環(huán)氧類化合物最先用到的是環(huán)氧丙烷、環(huán)氧氯丙烷。第12頁，共21頁。環(huán)氧類化合物環(huán)氧化合物單體共聚的活性主要取決于兩方面：（1）環(huán)的大小。三元環(huán)能聚合，四元環(huán)及以上很難聚合。（2）取代基極性。單體的聚合活性隨著取代基給電子性增強而

6、增加。取代基大小也有一定影響，但無明顯規(guī)律。第13頁，共21頁。配位陰離子反應機理第14頁，共21頁。產(chǎn)物催化降解及解聚凡二氧化碳環(huán)氧化合物聚合反應的活性催化劑都能使聚合 物分解。典型的二氧化碳環(huán)氧丙烷聚合物在ZnEt2作用下降解歷程如下：（1）催化降解第15頁，共21頁。產(chǎn)物催化降解及解聚（2）解聚過程第16頁，共21頁。國外研發(fā)現(xiàn)狀美國、韓國、日本、俄羅斯和我國臺灣的科學家在二氧化碳基聚合物領(lǐng)域進行了大量的研發(fā)工作。國外開展該項工作的研究單位主要有：日本東京大學、波蘭理工大學、美國Pittsburgh大學和TexasA&M大學、日本京都大學、?？松芯抗镜?。美國空氣產(chǎn)品與化學品公司和陶氏

7、化學公司已合成出相應的產(chǎn)品。到目前為止，只有美國、日本和韓國等生產(chǎn)二氧化碳降解塑料，美國年產(chǎn)量約為2萬噸，日本、韓國也已形成年產(chǎn)上萬噸規(guī)模。第17頁，共21頁。國內(nèi)技術(shù)研究現(xiàn)狀自 20 世紀 90 年代起，中科院廣州化學所、浙江大學、蘭州大學、中科院長春應化所相繼開展了二氧化碳固定為可降解塑料的研究，并取得可喜進展。 中科院長春應用化學研究所成功開發(fā)高效脂肪族聚碳酸酯制備技術(shù)，突破了CO2共聚物研究中的系列技術(shù)關(guān)鍵，創(chuàng)造了該研究領(lǐng)域的7項世界第一；中科院廣州化學所以CO2為原料制備完全可降解塑料材料，形成全新的塑料產(chǎn)業(yè)鏈新技術(shù)；中山大學由孟躍中教授領(lǐng)導的科研團隊利用CO2工業(yè)廢氣制造全降解塑料實現(xiàn)了大規(guī)模量產(chǎn)。使每克催化劑能夠催化120 140gCO2，高出世界最高水平2倍，每噸新塑料中CO2含量達到 42%左右，從而為CO2聚合的大規(guī)模量產(chǎn)提供了條件。第18頁，共21頁。第19頁，共21頁。ProspectCO2合成全降解塑料技術(shù)是世界關(guān)注的重要熱點之一。目前市場上的塑料制品大多以石油為原料制成，成本高，且使用后不易降解，污染環(huán)境。運用該技術(shù)后，可將CO2廢氣回收代替石油，直接生產(chǎn)全降解塑料