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用心不用锌,尼龙6-6更环保

太阳能反射器利用日光作为化学反应的热源,完成了尼龙6-6的合成反应。

尼龙6-6是一种具有良好强度、耐久性和耐候性的聚合物材料,可用于制造户外体育场座椅、滑雪板绑带等产品。然而,尼龙6-6的生产过程并不环保,它需要使用“濒危元素”――锌作为催化剂。phys.org网站当地时间8月22日报道,一个由美国奥古斯塔大学研究人员领导的团队为尼龙6-6的生产打造了一条更绿色的路线。相关研究成果将在美国化学学会(ACS)秋季会议中公布。

研究人员Amina Aly表示:“ACS绿色化学研究所预计,50年至100年后,锌将耗尽。目前,制造商以锌作为还原剂和催化剂,从反-1,2-二溴环己烷出发生产环己烯。这是五步法合成尼龙6-6的第一步反应。”

尼龙是一类聚合物(聚酰胺)的总称。不同类型的尼龙,如尼龙6和尼龙6-6,因使用了不同的构筑块而具有独特的性能。为了找到锌的替代品,Aly在Brian Agee博士等人的指导下,试图从元素周期表中寻找与锌化学性质相似的金属。具体选择标准是:替代金属的储量必须比锌的储量更丰富,并且使用起来更安全。

Aly筛选出了钴、铝、铁、铜和镍作为候选催化剂。此外,研究人员还希望找到一种更环保的方法来生产环己烯,这既能节约能源和水,又能使用性质更温和的化学物质。他们用太阳能反射板替代了电热板,用节水冷凝器替代了普通冷凝器,还用丙二醇替换了乙二醇作为传热剂。

Aly发现,铁是迄今为止测试效果最好的催化剂,其产率仅略低于锌。Aly说:“在尼龙6-6的合成反应中,太阳能是切实可用的能源,因为太阳比其他任何热板都更强大,加热速度更快。在室外使用太阳能反射器进行合成,完成反应只需要30分钟。而在实验室内使用热板加热反应,反应时间长达3~4小时。我们还发现,将回流时间从15分钟延长到30分钟,能够显著提高产量。由于我们使用的是免费的太阳辐射能,不会因为额外的加热时间而浪费电能。这种方法很适合工业化。”

尽管铁已经是一种非常理想的替代催化剂了,但Aly仍希望用另一种更环保的铁废料――氧化铁催化反应。Agee博士说:“如果从试剂公司购买的氧化铁能对反应起到催化作用,那么我们为什么不直接刮一点铁锈试试呢?作为一名绿色化学研究人员,没有什么比找到随处可得的催化剂更让人振奋了。”

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编译:雷鑫宇 审稿:西莫 责编:陈之涵

来源:美国化学学会

原文链接:https://phys.org/news/2021-08-nylon-greener-zinc.html

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