源于提高可持续性的愿望，利用生物质和废塑料的转化生产燃料和化学品已成为二十一世纪的重要研究课题。尽管生物质是天然的和塑料合成的，但两者的化学性质并不像它们最初出现的那样明显。它们在聚合性质和连接单体单元的键类型方面具有实质性的结构相似性，从而导致两种材料及其转化之间的密切关系。
2022年8月11日，新加坡国立大学颜宁及华东理工大学王艳芹共同通讯在Nature Reviews Chemistry（IF=35）在线发表题为“A unified view on catalytic conversion of biomass and waste plastics”的综述文章，该综述总结了生物质和废塑料的催化转化，重点是键活化化学和催化剂设计。
通过跟踪历史和最近的发展，很明显，生物质和塑料不仅发展了它们独特的转化途径，而且还开始相互交叉，相互影响对方的景观。因此，这篇关于生物质和废塑料催化转化的综述从一个统一的角度提供了对现有技术的改进见解，更重要的是，可能为未来的发展提供新的机会。
生物质和废塑料的使用有望帮助推动实现碳中和和无废物的人类社会的全球议程。生物质是指范围广泛的天然有机材料，无论是基于植物的还是基于动物的，它们都是潜在的化学和能源燃料来源。到 2060 年，木材采伐、农业和城市垃圾每年可能产生 240 EJ（1 EJ = 24 Mt 石油当量）的能源，尽管目前用于工业消费的生物质能源的比例仍然很小（例如，2017 年欧盟约为 9%）。生物质衍生化学品在全球化学品市场中的份额越来越大，预计到 2025 年将达到 22%。
塑料是人造物质，对人类的发展做出了不可思议的贡献。然而，大多数塑料使用石油衍生的合成聚合物作为主要成分，引发了重大的环境问题。在曾经制造的所有塑料（8,600 Mt）中，有 59% 被丢弃，最终进入垃圾填埋场或堆积在海洋等自然环境中，只有 17% 被回收或焚烧以回收能源。由于 COVID-19 限制导致生活方式的改变，废塑料的数量最近大幅增加；过去两年（从 2019 年到 2021 年），全球包装塑料的使用量增长了 10% 以上。通过升级回收等过程改进对废塑料的处理从未像现在这样重要。
通过仔细研究生物质和塑料，人们可以认识到它们在宏观和微观尺度上的实质性组成和结构相似性。如果我们比较一块木头和一次性口罩，两者都是复合材料，聚合物链之间存在氢键和交联等二次相互作用。不同类型聚合物之间的二次相互作用，例如纤维素和木质素之间的相互作用，是生物质和废塑料的重要特性。这些互聚物相互作用严重影响聚合物的特性，并经常增加对化学分解或抗逆性的抵抗力。
此外，生物质和塑料的分子结构显示出相似的元素组成，主要是 C、O、N 和 H，以及骨架连接性，主要依赖于 C-C、C-O 和 C-N 键。尽管生物质和塑料废物转化为增值产品在 21 世纪受到了相当大的关注。然而，生物质和塑料之间的实质性结构相似性导致两种进料在键活化化学和催化转化方面具有惊人的相似性。因此，生物质和塑料在过去和现在都有共同的转换策略。
综述概览（图源自Nature Reviews Chemistry ）
非催化热化学技术已成为将生物质和塑料废物转化为化学品、热能、电力和材料的主要战略。这些方法的一个限制是它们是“非选择性的”。为了获得高质量的燃料和化学品，来自生物质和塑料的热解和气化产品都需要进一步升级。催化剂通过将反应条件转移到更温和的温度和更低的压力来提高工艺的经济性。此外，它们增强了对所需产品的选择性。近年来，学术界对探索这些有机聚合物原料的催化转化产生了浓厚的兴趣，而不仅仅是热技术。能源行业和政策制定者也投入了大量精力来推广用于处理可再生原料的催化技术。
在这里，试图以统一的角度展示生物质和废塑料的催化转化，总结两种原料的选择性降解和键活化化学中的各种技术。本综述首先描述了不同的转化策略，特别是最近开发的能够精确激活 C-C、C-O 和 C-N 键的催化系统。该综述总结了生物质和废塑料的催化转化，重点是键活化化学和催化剂设计。
通过跟踪历史和最近的发展，很明显，生物质和塑料不仅发展了它们独特的转化途径，而且还开始相互交叉，相互影响对方的景观。因此，这篇关于生物质和废塑料催化转化的综述从一个统一的角度提供了对现有技术的改进见解，更重要的是，可能为未来的发展提供新的机会。
参考消息：
https://www.nature.com/articles/s41570-022-00411-8
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