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工業廢氣“化身”高檔樹脂鏡片
(時間:2018-6-28 10:29:03)

  工業廢氣,作為工業化進程中的排放物,一直對自然環境和人類身體健康造成較大影響。解決工業廢氣的排放問題,是多年來人類一直去研究探索的問題。
  近日,工業廢氣的問題再一次被科學家所破解。通過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可以被用來合成制造樹脂眼鏡片、光纖的原料。
  這一新技術是由浙江大學高分子系張興宏教授課題組所研發,相關研究成果在《自然·通訊》上發表。 
   在化學工作者眼中,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,有著極大的社會與經濟意義。 
  可惡的氧硫化碳
  氧硫化碳是在燃煤、煉油和化工過程中產生的一種禁排的廢氣。之所以說它是廢氣,因為它對于自然環境和身體健康來說,一直都是百害而無一利。
  氧硫化碳會嚴重腐蝕生產設備,當隨著廢氣散逸到高空中時,還會產生二氧化硫導致酸雨。酸雨則會導致土地酸化,影響植物生長發育,對城市建筑腐蝕,導致人類疾病增加等。
  另外,氧硫化碳還會被光氧化破壞臭氧層。
  氧硫化碳除了在工業中產生,也經常出現在家庭內外。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,人類都是致力于對氧硫化碳等工業廢氣排放的處置,常見的方式莫過于減少排放,這一做法帶來的是減少產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又該如何處理,依舊是擺在人類面前的一道難題。
  變廢為寶的神奇
  研究高分子材料已有十幾年時間的張興宏就開始了思考和研究,他們的研究目標是尋找最為有效的專一催化體系,讓氣態的氧硫化碳固定下來。
  經過了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。
  在張興宏課題組實驗室里,記者看到,把氧硫化碳和環氧化合物——一種常見、廉價的化學原料——和催化劑共同置于高壓釜中,兩者就能聚合成為一種無毒、無色透明的新物質。
  “這樣得到的含硫高分子材料,重量的一半來源于氧硫化碳,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,是理想的光學樹脂。 
   折光指數和阿貝數是我們通常會在眼鏡店里遇到的兩個指標。同樣的度數,折光指數高的鏡片輕、薄,不會變成“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樹脂加工性能良好,可方便地制造鏡片、光纖等,大有用武之地。
  無金屬催化劑勞苦功高
  之所以能將氧硫化碳變成樹脂眼鏡的材料,核心是催化劑。
  找到合適的催化劑是此類研究中的一個巨大挑戰,張興宏是幸運的,成功發現了這一催化劑。
  “常溫下,氧硫化碳不能自聚。我們在早期已經實現了氧硫化碳與環氧化合物共聚,將它有效地轉變為材料。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。
  張興宏團隊進一步開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,形成了簡單、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的無色透明品質。
  “目前制備含硫高分子都用難以儲運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帶來了突破。”張興宏表示,這項研究成果的產業化前景看好。

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