二氧化碳基聚合物解读课件

1、二氧化碳基聚合物材料科学与工程学院第1页，共21页。ContentProspectBackgroundIntroductionProblems第2页，共21页。Background全球变暖背景分析 二氧化碳 温室效应京都议定书2025年：388亿t中国2030年：71亿t， 1/4以上经济飞速发展全球供应的能源仍在增长，以支撑全球经济发展，但全球也面临减少温室气体排放的挑战。据预测，到 2030年，世界能源需求将比 2000年增长约60%，而发展中国家能源需求的增长将使其占CO 2 排放增加量的大部分。据分析，发展中国家将占2000-2030年CO 2 排放增加量约85%。中国目前至少排放二氧

2、化碳38亿t，到2030年可能到71亿t，占世界CO 2 排放增加总量的 1/4以上，要履行京都议定书的义务，任务十分繁重。全行业都要把减排当作义不容辞的责任，为此，中国在哥本哈根气候变化大会召开前夕，正式对外提出了“清晰的量化目标”，即中国决定到2020年单位国内生产总值CO 2 排放比 2005年下降 40%45%。我国人口众多，经济发展水平相对较低，正处于工业化、城镇化加快发展的重要阶段，随着我国经济的飞速发展，近期内CO 2 排放量将急剧上升，控制温室气体排放形势十分逼人，正面临着巨大压力和特殊困难。第3页，共21页。第4页，共21页。BackgroundCO2环境温室效应的“元凶”潜

3、在的碳资源第5页，共21页。 创建低碳经济发展模式，节能减排，从源头控制。 CO2 资源化应用，变废为宝。应对全球变暖问题的途径分析 Introduction第6页，共21页。IntroductionCO2资源化碳资源碳氧资源重点：利用CO2 合成甲醇和甲酸问题：经济性不高；消耗大量的氢气。热点：以CO2 和环氧化物共聚物为代表的CO2基塑料。问题：催化剂效率低、聚合物加工性差、成本高。第7页，共21页。Introduction以烃和二氧化碳为原料共聚而成，其中二氧化碳含量占 31%50%。与常规聚合物相比，对烃类及原料石油的消耗大大减少。环境友好材料二氧化碳基聚合物指在原料采集、产品制造、使

4、用或者再生循环利用以及废料处理等环节中对环境负荷最小的材料，具有资源和能源消耗少、对生态和环境污染小、再生利用率高的特点。第8页，共21页。Introduction由二氧化碳制备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发现，二氧化碳和环氧丙烷在催化剂作用下共聚可得到交替型脂肪族聚碳酸酯。美国在此基础上通过改进催化剂，于1994年生产出二氧化碳可降解共聚物。第9页，共21页。Introduction二氧化碳基聚合物的优势：良好的环境可降解性：回收再利用；焚烧处理只生成CO2和水，无烟雾，不造成二次污染；填埋处理时，可在数月内降解。以减少对石油的消耗环境适应性理想第10页，共2

5、1页。Introduction二氧化碳是一种化学性质相当稳定的化合物、具有较高的热力学稳定性，因此寻找可活化二氧化碳的催化剂是该研究的关键。目前的催化体系包括：锌类催化剂(包括羧酸锌催化剂、双亚胺型锌配合物催化剂等)铬催化剂(卟啉铬催化剂、SalenCr(III)催化剂等)稀土催化剂铝盐类催化剂六氰基铁-二氯化锌-水组成的新型催化剂体系离子液体催化剂第11页，共21页。环氧类化合物最先用到的是环氧丙烷、环氧氯丙烷。第12页，共21页。环氧类化合物环氧化合物单体共聚的活性主要取决于两方面：（1）环的大小。三元环能聚合，四元环及以上很难聚合。（2）取代基极性。单体的聚合活性随着取代基给电子性增强而

6、增加。取代基大小也有一定影响，但无明显规律。第13页，共21页。配位阴离子反应机理第14页，共21页。产物催化降解及解聚凡二氧化碳环氧化合物聚合反应的活性催化剂都能使聚合 物分解。典型的二氧化碳环氧丙烷聚合物在ZnEt2作用下降解历程如下：（1）催化降解第15页，共21页。产物催化降解及解聚（2）解聚过程第16页，共21页。国外研发现状美国、韩国、日本、俄罗斯和我国台湾的科学家在二氧化碳基聚合物领域进行了大量的研发工作。国外开展该项工作的研究单位主要有：日本东京大学、波兰理工大学、美国Pittsburgh大学和TexasA&M大学、日本京都大学、埃克森研究公司等。美国空气产品与化学品公司和陶氏

7、化学公司已合成出相应的产品。到目前为止，只有美国、日本和韩国等生产二氧化碳降解塑料，美国年产量约为2万吨，日本、韩国也已形成年产上万吨规模。第17页，共21页。国内技术研究现状自 20 世纪 90 年代起，中科院广州化学所、浙江大学、兰州大学、中科院长春应化所相继开展了二氧化碳固定为可降解塑料的研究，并取得可喜进展。 中科院长春应用化学研究所成功开发高效脂肪族聚碳酸酯制备技术，突破了CO2共聚物研究中的系列技术关键，创造了该研究领域的7项世界第一；中科院广州化学所以CO2为原料制备完全可降解塑料材料，形成全新的塑料产业链新技术；中山大学由孟跃中教授领导的科研团队利用CO2工业废气制造全降解塑料实现了大规模量产。使每克催化剂能够催化120 140gCO2，高出世界最高水平2倍，每吨新塑料中CO2含量达到 42%左右，从而为CO2聚合的大规模量产提供了条件。第18页，共21页。第19页，共21页。ProspectCO2合成全降解塑料技术是世界关注的重要热点之一。目前市场上的塑料制品大多以石油为原料制成，成本高，且使用后不易降解，污染环境。运用该技术后，可将CO2废气回收代替石油，直接生产全降解塑料