工業(yè)廢氣“化身”高檔樹(shù)脂鏡片
工業(yè)廢氣，作為工業(yè)化進(jìn)程中的排放物，一直對自然環(huán)境和人類(lèi)身體健康造成較大影響。解決工業(yè)廢氣的排放問(wèn)題，是多年來(lái)人類(lèi)一直去研究探索的問(wèn)題。
近日，工業(yè)廢氣的問(wèn)題再一次被科學(xué)家所破解。通過(guò)一種特色的共聚反應，廢氣氧硫化碳變成了一種特別的固體材料，這種透明的材料未來(lái)可以被用來(lái)合成制造樹(shù)脂眼鏡片、光纖的原料。
這一新技術(shù)是由浙江大學(xué)高分子系張興宏教授課題組所研發(fā)，相關(guān)研究成果在《自然·通訊》上發(fā)表。
在化學(xué)工作者眼中，氧硫化碳的回收和利用，對于我國這樣的煤炭和石油消費大國，有著(zhù)極大的社會(huì )與經(jīng)濟意義。
可惡的氧硫化碳
氧硫化碳是在燃煤、煉油和化工過(guò)程中產(chǎn)生的一種禁排的廢氣。之所以說(shuō)它是廢氣，因為它對于自然環(huán)境和身體健康來(lái)說(shuō)，一直都是百害而無(wú)一利。
氧硫化碳會(huì )嚴重腐蝕生產(chǎn)設備，當隨著(zhù)廢氣散逸到高空中時(shí)，還會(huì )產(chǎn)生二氧化硫導致酸雨。酸雨則會(huì )導致土地酸化，影響植物生長(cháng)發(fā)育，對城市建筑腐蝕，導致人類(lèi)疾病增加等。
另外，氧硫化碳還會(huì )被光氧化破壞臭氧層。
氧硫化碳除了在工業(yè)中產(chǎn)生，也經(jīng)常出現在家庭內外。如下水道里的反水味道以及冰箱里壞掉食物的氣息，就是氧硫化碳的味道。
一直以來(lái)，人類(lèi)都是致力于對氧硫化碳等工業(yè)廢氣排放的處置，常見(jiàn)的方式莫過(guò)于減少排放，這一做法帶來(lái)的是減少產(chǎn)能或者增加巨大的廢氣治理投入，如脫硫處理。
脫硫處理是當前比較主流的做法之一，但脫硫之后，這些脫除的含硫物質(zhì)又該如何處理，依舊是擺在人類(lèi)面前的一道難題。
變廢為寶的神奇
研究高分子材料已有十幾年時(shí)間的張興宏就開(kāi)始了思考和研究，他們的研究目標是尋找最為有效的專(zhuān)一催化體系，讓氣態(tài)的氧硫化碳固定下來(lái)。
經(jīng)過(guò)了10年的研究，張興宏成功將氧硫化碳回收利用為高分子材料。
在張興宏課題組實(shí)驗室里，記者看到，把氧硫化碳和環(huán)氧化合物——一種常見(jiàn)、廉價(jià)的化學(xué)原料——和催化劑共同置于高壓釜中，兩者就能聚合成為一種無(wú)毒、無(wú)色透明的新物質(zhì)。
“這樣得到的含硫高分子材料，重量的一半來(lái)源于氧硫化碳，回收利用效率高。”張興宏介紹，聚合反應所得到的材料折光指數和阿貝數都較高，是理想的光學(xué)樹(shù)脂。
折光指數和阿貝數是我們通常會(huì )在眼鏡店里遇到的兩個(gè)指標。同樣的度數，折光指數高的鏡片輕、薄，不會(huì )變成“啤酒瓶底”。阿貝數高的鏡片能更準確地反映世界的色彩。
張興宏表示，由含硫廢氣合成的光學(xué)樹(shù)脂加工性能良好，可方便地制造鏡片、光纖等，大有用武之地。
無(wú)金屬催化劑勞苦功高
之所以能將氧硫化碳變成樹(shù)脂眼鏡的材料，核心是催化劑。
找到合適的催化劑是此類(lèi)研究中的一個(gè)巨大挑戰，張興宏是幸運的，成功發(fā)現了這一催化劑。
“常溫下，氧硫化碳不能自聚。我們在早期已經(jīng)實(shí)現了氧硫化碳與環(huán)氧化合物共聚，將它有效地轉變?yōu)椴牧?。但我們采用的是金屬催化劑，而人們最大的訴求就是材料中不能含有重金屬。”張興宏說(shuō)。
張興宏團隊進(jìn)一步開(kāi)展對非金屬催化劑的研究，將兩種含氮的有機小分子組合起來(lái)，形成了簡(jiǎn)單、便宜、效果好的催化體系。
碳酸酐鋅酶在地球早期有生命的時(shí)候就廣泛存在了，它對于調節身體酸堿性、維系生命具有重要的作用。在自然界中，碳酸酐鋅酶能抓到氧硫化碳，并把它轉化為硫化氫。
張興宏團隊深入研究了碳酸酐鋅酶為何能高效活化氧硫化碳的機制，借鑒其功能和結構，最終找到了一種非金屬催化劑，成功將氧硫化碳轉化為有用的材料。
這種新催化體系簡(jiǎn)單、便宜、效果好，特別是催化劑不含金屬，使得到的含硫高分子展現出本來(lái)的無(wú)色透明品質(zhì)。
“目前制備含硫高分子都用難以?xún)\的劇毒光氣和硫醇等為原料，我們提出的新方法為探索非光氣路線(xiàn)帶來(lái)了突破。”張興宏表示，這項研究成果的產(chǎn)業(yè)化前景看好。(江耘)
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