科學(xué)家令工業(yè)廢氣“變廢為寶”

近日，工業(yè)廢氣的問(wèn)題再一次被科學(xué)家所破解。通過(guò)一種特色的共聚反應(yīng)，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(lái)可以被用來(lái)合成制造樹(shù)脂眼鏡片、光纖的原料。
　　這一新技術(shù)是由浙江大學(xué)高分子系張興宏教授課題組所研發(fā)，相關(guān)研究成果在《自然·通訊》上發(fā)表。
　　在化學(xué)工作者眼中，氧硫化碳的回收和利用，對(duì)于我國(guó)這樣的煤炭和石油消費(fèi)大國(guó)，有著極大的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)意義。
　　可惡的氧硫化碳
　　氧硫化碳是在燃煤、煉油和化工過(guò)程中產(chǎn)生的一種禁排的廢氣。之所以說(shuō)它是廢氣，因?yàn)樗鼘?duì)于自然環(huán)境和身體健康來(lái)說(shuō)，一直都是百害而無(wú)一利。
　　氧硫化碳會(huì)嚴(yán)重腐蝕生產(chǎn)設(shè)備，當(dāng)隨著廢氣散逸到高空中時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生二氧化硫?qū)е滤嵊?。酸雨則會(huì)導(dǎo)致土地酸化，影響植物生長(zhǎng)發(fā)育，對(duì)城市建筑腐蝕，導(dǎo)致人類(lèi)疾病增加等。
　　另外，氧硫化碳還會(huì)被光氧化破壞臭氧層。
　　氧硫化碳除了在工業(yè)中產(chǎn)生，也經(jīng)常出現(xiàn)在家庭內(nèi)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(lái)，人類(lèi)都是致力于對(duì)氧硫化碳等工業(yè)廢氣排放的處置，常見(jiàn)的方式莫過(guò)于減少排放，這一做法帶來(lái)的是減少產(chǎn)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(dāng)前比較主流的做法之一，但脫硫之后，這些脫除的含硫物質(zhì)又該如何處理，依舊是擺在人類(lèi)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(shí)間的張興宏就開(kāi)始了思考和研究，他們的研究目標(biāo)是尋找最為有效的專(zhuān)一催化體系，讓氣態(tài)的氧硫化碳固定下來(lái)。
　　經(jīng)過(guò)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(shí)驗(yàn)室里，記者看到，把氧硫化碳和環(huán)氧化合物——一種常見(jiàn)、廉價(jià)的化學(xué)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(wú)毒、無(wú)色透明的新物質(zhì)。
　　“這樣得到的含硫高分子材料，重量的一半來(lái)源于氧硫化碳，回收利用效率高?！睆埮d宏介紹，聚合反應(yīng)所得到的材料折光指數(shù)和阿貝數(shù)都較高，是理想的光學(xué)樹(shù)脂。
　　折光指數(shù)和阿貝數(shù)是我們通常會(huì)在眼鏡店里遇到的兩個(gè)指標(biāo)。同樣的度數(shù)，折光指數(shù)高的鏡片輕、薄，不會(huì)變成“啤酒瓶底”。阿貝數(shù)高的鏡片能更準(zhǔn)確地反映世界的色彩。
　　張興宏表示，由含硫廢氣合成的光學(xué)樹(shù)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(wú)金屬催化劑勞苦功高
　　之所以能將氧硫化碳變成樹(shù)脂眼鏡的材料，核心是催化劑。
　　找到合適的催化劑是此類(lèi)研究中的一個(gè)巨大挑戰(zhàn)，張興宏是幸運(yùn)的，成功發(fā)現(xiàn)了這一催化劑。
　　“常溫下，氧硫化碳不能自聚。我們?cè)谠缙谝呀?jīng)實(shí)現(xiàn)了氧硫化碳與環(huán)氧化合物共聚，將它有效地轉(zhuǎn)變?yōu)椴牧?。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?！睆埮d宏說(shuō)。
　　張興宏團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步開(kāi)展對(duì)非金屬催化劑的研究，將兩種含氮的有機(jī)小分子組合起來(lái)，形成了簡(jiǎn)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(shí)候就廣泛存在了，它對(duì)于調(diào)節(jié)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(zhuǎn)化為硫化氫。
　　張興宏團(tuán)隊(duì)深入研究了碳酸酐鋅酶為何能高效活化氧硫化碳的機(jī)制，借鑒其功能和結(jié)構(gòu)，最終找到了一種非金屬催化劑，成功將氧硫化碳轉(zhuǎn)化為有用的材料。
　　這種新催化體系簡(jiǎn)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(xiàn)出本來(lái)的無(wú)色透明品質(zhì)。
　　“目前制備含硫高分子都用難以?xún)?chǔ)運(yùn)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(xiàn)帶來(lái)了突破。”張興宏表示，這項(xiàng)研究成果的產(chǎn)業(yè)化前景看好。