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輕質、高度耐用的纖維增強環氧復合材料由嵌入聚合物基體中的玻璃纖維或碳纖維組成，是對制造汽車、船舶、飛機和風力渦輪機葉片至關重要的高性能材料。
到2025年，每年將由大約25000噸的風電葉片到達其運營期限。傳統上，由于環氧樹脂的化學特性，風力渦輪機葉片很難回收，因為環氧樹脂是一種彈性物質，且被認為是一種不可能分解成可重復使用的成分。環氧樹脂不可生物降解，焚燒時會釋放有毒氣體，最終導致填埋成為處理它們的主要途徑。
由于效率低下和不可持續，風力渦輪機葉片的填埋已被多個歐洲國家禁止，預計以后還會有更多國家實施。因此，對環氧樹脂及其復合材料可行的回收策略的需求迫切。
目前新發現的工藝是回收策略的概念驗證，可以應用于絕大多數現有的風力渦輪機葉片和目前正在生產的葉片，以及其他環氧樹脂基材料。
研究結果發表在領先的科學期刊《自然》上，奧胡斯大學與丹麥技術研究所一起為該工藝申請了專利。
具體來說，研究人員表明，通過使用釕基催化劑和溶劑異丙醇和甲苯，他們可以分離環氧樹脂基質并釋放環氧聚合物的原始結構單元之一，雙酚A和完整的玻璃纖維一個單一的過程。
然而，該方法還不能立即擴展，因為催化系統的效率不足以進行工業實施——而且釕是一種稀有且昂貴的金屬。因此，奧胡斯大學的科學家們正在繼續改進這種方法。
“盡管如此，我們認為這是開發耐用技術的重大突破，可以為環氧基材料創造循環經濟。這是化學過程的首次發表，可以選擇性地分解環氧樹脂復合材料并分離出最重要的材料之一。該研究的主要作者之一 Troels Skrydstrup 說：“環氧聚合物以及玻璃或碳纖維的重要組成部分，不會在此過程中損壞后者。”
Troels Skrydstrup 是奧胡斯大學化學系和跨學科納米科學中心 (iNANO) 的教授。該研究得到了CETEC項目（熱固性環氧樹脂復合材料循環經濟）的支持，該項目是維斯塔斯、奧林公司、丹麥技術研究所和奧胡斯大學之間的合作伙伴關系。
本篇研究中，研究人員使用了一種Ru催化的脫氫/鍵斷裂/還原串聯反應，來斷裂聚合物中最常見的C(烷基)-O鍵，可以用于斷開與 BPA 基體相鄰的 C（烷基）-O 單鍵。研究者展示了這種方法在未經修改的胺固化環氧樹脂以及商業復合材料中的應用，包括風能渦輪葉片的外殼。研究者的結果表明，對熱固性環氧樹脂和復合材料進行化學回收是可行的。
對于環氧樹脂的催化解構實驗證明，催化反應4天時間，可將回收81%的 BPA 量。
圖1 環氧樹脂的催化解構
通過可用于胺固化環氧樹脂分子分解的通用方法，研究者轉向研究該協議對纖維增強環氧復合材料的解構的適用性，除聚合物基體外，該復合材料還含有高重量百分比的纖維。在不做任何預處理的情況下，3 天后，復合材料明顯分離成松散的纖維。傾析反應混合物；洗滌后，回收了57wt% 的碳纖維，并且從溶液中分離出了13wt% 的BPA。
后續測試了一塊最先進的退役風力渦輪機葉片的外殼。這種商用復合材料樣品經過催化后徹底分解，得到50wt% 的玻璃纖維和19wt% 的BPA。
圖2 用Ru催化從商用環氧復合材料中回收BPA和纖維
總之，對于從報廢復合材料中回收的組分，可以考慮實現循環經濟。從回收得到的高純度的雙酚A理論上可以在環氧樹脂、聚碳酸酯或聚酯等已有生產鏈中再次使用，替代從石油原料生產的原始BPA。研究者的催化過程可以被視為一個概念驗證，證明對這些有價值且相關的材料實現循環經濟是可行的。
Ahrens, A., Bonde, A., Sun, H. et al. Catalytic disconnection of C–O bonds in epoxy resins and composites.Nature(2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-05944-6
原文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-023-05944-6
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