研究背景：

近几十年来，塑料的产量和使用量与日俱增，与此同时，大量的塑料在使用后被丢弃在自然界中难以降解，对环境产生了严重的影响。面对塑料堆积产生的环境问题，生物降解塑料得到了越来越多的关注。具有代表性的生物降解塑料是PLA，它是由淀粉发酵得到，使用后可以在土壤中降解产生二氧化碳和水，对环境不会产生污染。然而，相比自然降解而言，将PLA回收再利用更符合循环经济和可持续发展的理念。化学回收是PLA常用的回收方法，其中甲醇解产生的乳酸甲酯（MLA）不仅是一种环保型溶剂，还可以转化为乳酸，实现PLA的闭环回收。在现有文献中，PLA醇解的催化剂主要有无机金属盐、碱金属卤化物以及离子液体等，但这些催化剂要么具有腐蚀性，要么存在着成本和分离等方面的问题，因此亟需一种综合性能更为优良的催化剂来实现PLA的醇解。

研究内容：

华盛顿州立大学的Xie Shaoqu等人开发了一种新型均相催化剂四甲基氟化铵（TMAF）用于PLA的甲醇解，并将其与其他催化剂的活性进行比较，之后探究了温度、时间等反应条件对解聚的影响，并测试了催化剂的循环使用性能，最后提出了可能的反应机理。

主要研究结果：

1. PLA甲醇解反应中，MLA产率与催化剂类型的关系，反应条件：0.10 g PLA 4043D，25 ml 0.01 mol/L 的催化剂甲醇溶液，90℃，1 h，700 rpm。可以看出，相比之下氟化物表现出最好的催化效果。

2. （a）活性离子探究反应，反应条件：0.10 g PLA 4043D，25 ml 0.01 mol/L 的催化剂甲醇溶液，90℃，1 h，700 rpm；（b）TMAF和TMACl甲醇溶液中的拉曼光谱。结果表明，氟离子为催化活性离子。

3. 几种不同类型的新PLA和反应一段时间后的PLA的GPC谱图，反应条件：1 g PLA 4043D，6060D，6202D和2500HP，25 ml 0.01 mol/L TMAF甲醇溶液，0.2 h，700 rpm，温度：4043D 90℃，6060D 80℃，6202D 90℃，2500HP 100℃。结果显示，反应后的PLA在14 min时峰强度降低，17.5 min时出现新峰，表明PLA逐渐降解。

4. MLA和反应一段时间后的PLA的1H NMR谱图，反应条件：0.3 g PLA，25 ml 0.01 mol/L TMAF甲醇溶液，0.2 h，700 rpm，温度：4043D 90℃，6060D 80℃，6202D 95℃，2500HP 100℃。

5. MLA产率随温度变化，反应条件：0.1 g PLA，25 ml 0.01 mol/L TMAF甲醇溶液，1 h，700 rpm。

6. MLA产率随反应时间变化，反应条件：0.1 g PLA，25 ml 0.01 mol/L TMAF甲醇溶液，700 rpm，温度：4043D 100℃，6060D 100℃，6202D 110℃，2500HP 110℃。

7. 循环使用5次，TMAF催化活性，反应条件：0.1 g PLA 4043D，25 ml 0.01 mol/L TMAF甲醇溶液，100℃，0.2 h，700 rpm。结果显示，循环使用5次催化剂活性基本无变化。

8. TMAF催化PLA甲醇解可能的反应机理。

研究结论：

开发了一种新型的均相催化剂四甲基氟化铵（TMAF）用于PLA甲醇解反应产生MLA，氟离子为催化剂的活性中心。在较为温和的条件下（90-100℃），短时间内（小于1 h）可以实现PLA完全解聚，并且MLA的选择性接近100%，催化效率高。所使用的TMAF催化剂成本低，热稳定性和化学稳定性好，易于分离回收和循环使用，循环使用5次后，其催化活性基本不变，性能稳定。

参考文献：

Sx A , Zs A , Tl C , et al. Beyond biodegradation: Chemical upcycling of poly(lactic acid) plastic waste to methyl lactate catalyzed by quaternary ammonium fluoride[J]. Journal of Catalysis, 2021, 402:61-71.

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.jcat.2021.08.032