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镜取Ｃ绹諝猱a(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。國內技術研究現(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，突破了CO2共聚物研究中的系列技術關鍵，創(chuàng)造了該研究領域的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；中山大學由孟躍中教授領導的科研團隊利用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是世界關注的重要熱點之一。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。運用該技術后，可將CO2廢氣回收代替石油，直接生產(chǎn)全降解塑料