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製造樹脂眼鏡片, 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, 對於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, 因為它對於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, 對城市建築腐蝕, 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. 如下水道裡的反水味道以及冰箱裡壞掉食物的氣息, 就是氧硫化碳的味道.
一直以來, 人類都是致力於對氧硫化碳等工業廢氣排放的處置, 常見的方式莫過於減少排放, 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, 但脫硫之後, 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裡, 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——和催化劑共同置於高壓釜中, 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, 重量的一半來源於氧硫化碳, 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裡遇到的兩個指標. 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, 可方便地製造鏡片, 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. 但我們採用的是金屬催化劑, 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, 它對於調節身體酸堿性, 維繫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, 並把它轉化為硫化氫.
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.
'目前製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.