- 柏林工业大学开发新催化过程，能完全分解硅胶废物。
- 研究团队实现高达 99% 的硅胶回收率，显示基础研究的应用潜力。
- 新方法在低能耗条件下进行，能有效解决硅胶废物问题。
- 研究人员已申请专利，并计划商业化扩展回收技术。
德国柏林工业大学（Technische Universität Berlin）开发了一种新的催化过程，可以完全分解硅胶废物。常见的物品如混合碗中的硅胶刮刀、旅行杯中的防漏密封圈以及能让幼儿安静下来的柔软安抚奶嘴，都有一个隐藏的缺点：它们是永恒的。硅胶能抵抗热、水及化学分解。因此，丢弃这些废物通常意味着将它们送往垃圾填埋场或焚烧厂。直到现在，实现闭环回收在化学上一直是一项艰巨的任务。
柏林工业大学表示，经过多年的研究，他们找到了一条前进的道路。在马丁·奥斯特赖希（Martin Oestreich）教授的带领下，研究团队开发了一种催化过程，将硅氧聚合物分解回其原始的高价值构建块：二甲基二氯硅烷。研究详细介绍了一种策略，从马芬盘和婴儿奶瓶等普通物品中实现高达 99% 的回收率。奥斯特赖希表示：“我们的成功证明基础研究最终可以在以前未曾想到的特定应用中获得回报。
新催化过程的成功
我们已经在硅阳离子上进行了 15 年的研究，最近五年我们才突然确定硅胶的回收是这项研究的关键应用。”
破解硅胶的难题，这一发现简单地解决了一个棘手的化学问题。要从零制造新硅胶，制造商首先需要在极高温度下的电弧炉中从石英砂中提取原料硅。这是一项庞大且耗能的工作。一旦形成，产生的硅氧键就像分子超级胶水。要打破它们需要巨大的能量或前所未有的催化精准度。奥斯特赖希的团队花了 15 年时间研究硅阳离子（带正电的硅离子），才意识到其在废物管理方面的潜在价值。根据研究论文，已开发出一种新的硅阳离子启动的去聚合化策略，以实现化学惰性硅胶（硅氧烷）材料的可持续循环回收。
当与三氯化磷（triphosgene）——一种可管理的固体试剂——配对时，硅阳离子会去除一个氯离子，生成一种称为氯碳酰阳离子（COCl+）的超反应性物质。这种分子剪刀剪断硅氧链。在键断裂时，氧以二氧化碳气体（CO2）的形式干净地逸入空气中，防止反应逆转。整个过程在 80°C 的温和条件下进行，与原料生产相比，所需能量微乎其微。
硅胶废物的市场前景
硅胶废物危机日益严重。对马芬盘和盖子的测试显示出良好的前景。在 80°C（176°F）的适中条件下，该低能耗过程在 24 小时内从单个物品中回收了高达 99% 的二甲基二氯硅烷。即使在应用于混合的各种硅胶废物时，该方法仍保持 86% 的回收率。硅胶产品的市场不断增长。预计到 2025 年市场规模约为 195.5 亿美元，并预计到 2035 年将达到 377 亿美元或更多。
通常的回收方法使用机械处理或化学分解成小型环状硅氧烷。虽然这些回收化合物可以形成新的硅胶产品，但所生成的材料通常质量低于原料硅胶。新详细的过程使得硅胶废物的回收成为可能，将不可回收的塑料类材料转化为有用的工业成分。研究人员已经申请专利，并将注意力转向商业化扩展，并目前正在寻找无毒的氯化碳替代品，并设计纯化阶段以去除微量污染物。
该研究结果于 10 月 28 日发布在《自然》期刊上。
新催化过程对环境的潜在影响
硅胶废物的回收问题一直是环保领域的挑战，因为传统方法效率低下且能耗高。柏林工业大学的新催化过程不仅能高效回收硅胶，还能在低能耗条件下进行，这对于减少环境负担具有重要意义。随着硅胶产品市场的增长，这项技术的商业化潜力将有助于推动可持续发展，并为废物管理提供新的解决方案。