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工业废气“变身”高档树脂镜片

作者：碳中和战略合作网　　来源：科技日报　　发布时间：2018-06-27 15:29:05

碳中和战略合作网讯： 工业废气，作为工业化进程中的排放物，一直对自然环境和人类身体健康造成较大影响。解决工业废气的排放问题，是多年来人类一直去研究探索的问题。

近日，工业废气的问题再一次被科学家所破解。通过一种特色的共聚反应，废气氧硫化碳变成了一种特别的固体材料，这种透明的材料未来可以被用来合成制造树脂眼镜片、光纤的原料。

这一新技术是由浙江大学高分子系张兴宏教授课题组所研发，相关研究成果在《自然・通讯》上发表。

在化学工作者眼中，氧硫化碳的回收和利用，对于我国这样的煤炭和石油消费大国，有着极大的社会与经济意义。

可恶的氧硫化碳

氧硫化碳是在燃煤、炼油和化工过程中产生的一种禁排的废气。之所以说它是废气，因为它对于自然环境和身体健康来说，一直都是百害而无一利。

氧硫化碳会严重腐蚀生产设备，当随着废气散逸到高空中时，还会产生二氧化硫导致酸雨。酸雨则会导致土地酸化，影响植物生长发育，对城市建筑腐蚀，导致人类疾病增加等。

另外，氧硫化碳还会被光氧化破坏臭氧层。

氧硫化碳除了在工业中产生，也经常出现在家庭内外。如下水道里的反水味道以及冰箱里坏掉食物的气息，就是氧硫化碳的味道。

一直以来，人类都是致力于对氧硫化碳等工业废气排放的处置，常见的方式莫过于减少排放，这一做法带来的是减少产能或者增加巨大的废气治理投入，如脱硫处理。

脱硫处理是当前比较主流的做法之一，但脱硫之后，这些脱除的含硫物质又该如何处理，依旧是摆在人类面前的一道难题。

变废为宝的神奇

研究高分子材料已有十几年时间的张兴宏就开始了思考和研究，他们的研究目标是寻找最为有效的专一催化体系，让气态的氧硫化碳固定下来。

经过了10年的研究，张兴宏成功将氧硫化碳回收利用为高分子材料。

在张兴宏课题组实验室里，记者看到，把氧硫化碳和环氧化合物――一种常见、廉价的化学原料――和催化剂共同置于高压釜中，两者就能聚合成为一种无毒、无色透明的新物质。

“这样得到的含硫高分子材料，重量的一半来源于氧硫化碳，回收利用效率高。”张兴宏介绍，聚合反应所得到的材料折光指数和阿贝数都较高，是理想的光学树脂。

折光指数和阿贝数是我们通常会在眼镜店里遇到的两个指标。同样的度数，折光指数高的镜片轻、薄，不会变成“啤酒瓶底”。阿贝数高的镜片能更准确地反映世界的色彩。

张兴宏表示，由含硫废气合成的光学树脂加工性能良好，可方便地制造镜片、光纤等，大有用武之地。

无金属催化剂劳苦功高

之所以能将氧硫化碳变成树脂眼镜的材料，核心是催化剂。

找到合适的催化剂是此类研究中的一个巨大挑战，张兴宏是幸运的，成功发现了这一催化剂。

“常温下，氧硫化碳不能自聚。我们在早期已经实现了氧硫化碳与环氧化合物共聚，将它有效地转变为材料。但我们采用的是金属催化剂，而人们最大的诉求就是材料中不能含有重金属。”张兴宏说。

张兴宏团队进一步开展对非金属催化剂的研究，将两种含氮的有机小分子组合起来，形成了简单、便宜、效果好的催化体系。

碳酸酐锌酶在地球早期有生命的时候就广泛存在了，它对于调节身体酸碱性、维系生命具有重要的作用。在自然界中，碳酸酐锌酶能抓到氧硫化碳，并把它转化为硫化氢。

张兴宏团队深入研究了碳酸酐锌酶为何能高效活化氧硫化碳的机制，借鉴其功能和结构，最终找到了一种非金属催化剂，成功将氧硫化碳转化为有用的材料。

这种新催化体系简单、便宜、效果好，特别是催化剂不含金属，使得到的含硫高分子展现出本来的无色透明品质。

“目前制备含硫高分子都用难以储运的剧毒光气和硫醇等为原料，我们提出的新方法为探索非光气路线带来了突破。”张兴宏表示，这项研究成果的产业化前景看好。

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