柏林工業大學開發新催化過程 可達 99%回收矽膠廢物

德國柏林工業大學（Technische Universität Berlin）開發了一種新的催化過程，可以完全分解矽膠廢物。常見的物品如混合碗中的矽膠刮刀、旅行杯中的防漏密封圈以及能讓幼兒安靜下來的柔軟安撫奶嘴，都有一個隱藏的缺點：它們是永恆的。矽膠能抵抗熱、水及化學分解。因此，丟棄這些廢物通常意味著將它們送往垃圾填埋場或焚燒廠。直到現在，實現閉環回收在化學上一直是一項艱鉅的任務。

柏林工業大學表示，經過多年的研究，他們找到了一條前進的道路。在馬丁·奧斯特賴希（Martin Oestreich）教授的帶領下，研究團隊開發了一種催化過程，將硅氧聚合物分解回其原始的高價值構建塊：二甲基二氯硅烷。研究詳細介紹了一種策略，從馬芬盤和嬰兒奶瓶等普通物品中實現高達 99% 的回收率。奧斯特賴希表示：「我們的成功證明基礎研究最終可以在以前未曾想到的特定應用中獲得回報。

新催化過程的成功

我們已經在矽陽離子上進行了 15 年的研究，最近五年我們才突然確定矽膠的回收是這項研究的關鍵應用。」

破解矽膠的難題，這一發現簡單地解決了一個棘手的化學問題。要從零製造新矽膠，製造商首先需要在極高溫度下的電弧爐中從石英砂中提取原料矽。這是一項龐大且耗能的工作。一旦形成，產生的硅氧鍵就像分子超級膠水。要打破它們需要巨大的能量或前所未有的催化精準度。奧斯特賴希的團隊花了 15 年時間研究矽陽離子（帶正電的矽離子），才意識到其在廢物管理方面的潛在價值。根據研究論文，已開發出一種新的矽陽離子啟動的去聚合化策略，以實現化學惰性矽膠（硅氧烷）材料的可持續循環回收。

當與三氯化磷（triphosgene）——一種可管理的固體試劑——配對時，矽陽離子會去除一個氯離子，生成一種稱為氯碳酰陽離子（COCl+）的超反應性物質。這種分子剪刀剪斷硅氧鏈。在鍵斷裂時，氧以二氧化碳氣體（CO2）的形式乾淨地逸入空氣中，防止反應逆轉。整個過程在 80°C 的溫和條件下進行，與原料生產相比，所需能量微乎其微。

矽膠廢物的市場前景

矽膠廢物危機日益嚴重。對馬芬盤和蓋子的測試顯示出良好的前景。在 80°C（176°F）的適中條件下，該低能耗過程在 24 小時內從單個物品中回收了高達 99% 的二甲基二氯硅烷。即使在應用於混合的各種矽膠廢物時，該方法仍保持 86% 的回收率。矽膠產品的市場不斷增長。預計到 2025 年市場規模約為 195.5 億美元，並預計到 2035 年將達到 377 億美元或更多。

通常的回收方法使用機械處理或化學分解成小型環狀硅氧烷。雖然這些回收化合物可以形成新的矽膠產品，但所生成的材料通常質量低於原料矽膠。新詳細的過程使得矽膠廢物的回收成為可能，將不可回收的塑料類材料轉化為有用的工業成分。研究人員已經申請專利，並將注意力轉向商業化擴展，並目前正在尋找無毒的氯化碳替代品，並設計純化階段以去除微量污染物。

該研究結果於 10 月 28 日發布在《自然》期刊上。

新催化過程對環境的潛在影響

矽膠廢物的回收問題一直是環保領域的挑戰，因為傳統方法效率低下且能耗高。柏林工業大學的新催化過程不僅能高效回收矽膠，還能在低能耗條件下進行，這對於減少環境負擔具有重要意義。隨著矽膠產品市場的增長，這項技術的商業化潛力將有助於推動可持續發展，並為廢物管理提供新的解決方案。