近日，工學(xué)院方真教授團(tuán)隊(duì)成員龔春曉副教授在國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊Applied Catalysis B: Environment and Energy發(fā)表題為“One-step valorization of cellulose acetate plastic waste into 5-hydroxymethylfurfural”的論文，提出一步法將醋酸纖維素廢棄塑料轉(zhuǎn)化為高價(jià)值化學(xué)品5-羥甲基糠醛（HMF）。

醋酸纖維素(CA)是一種常見(jiàn)的纖維素衍生物，廣泛應(yīng)用于香煙濾嘴、紡織品和塑料等消費(fèi)品。醋酸纖維素類(lèi)產(chǎn)品的使用產(chǎn)生了大量塑料廢棄物，CA的低生物降解性使其成為一種隱性污染源，可在環(huán)境中可能存留超過(guò)10年，且降解速度隨著乙?；潭鹊纳叨蠓陆?，對(duì)環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。隨著香煙濾嘴和紡織品需求持續(xù)增長(zhǎng)，2024年全球CA市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)到200萬(wàn)噸。然而，CA塑料廢物的回收面臨著巨大挑戰(zhàn)：廢棄煙頭中濃縮的有毒物質(zhì)（如尼古丁和重金屬）導(dǎo)致分離純化成本高昂；醋酸纖維素織物的回收需要漂白和重新染色過(guò)程，加劇環(huán)境污染，回收后的CA性能下降，限制了其再利用價(jià)值。

本研究提出一步法將CA廢棄塑料轉(zhuǎn)化為高價(jià)值化學(xué)品5-羥甲基糠醛（HMF）。使用AlCl₃作為單一催化劑，在丙酮-水溶劑系統(tǒng)中160°C、50分鐘條件下，CA轉(zhuǎn)化為HMF產(chǎn)率達(dá)53.7%，是未處理纖維素的3倍；當(dāng)以真實(shí)廢棄物（香煙濾嘴、CA織物）作為原料時(shí)，HMF產(chǎn)率均超過(guò)50%。NMR與XRD分析表明CA結(jié)晶結(jié)構(gòu)被完全破壞，纖維素特征結(jié)晶峰消失，轉(zhuǎn)化為無(wú)定形/半結(jié)晶狀態(tài)，且分子間氫鍵斷裂，這些結(jié)構(gòu)變化使CA在丙酮-水體系中溶解性和反應(yīng)活性顯著提升。通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬發(fā)現(xiàn)：CA的乙?；c丙酮分子發(fā)生更強(qiáng)的非共價(jià)相互作用，丙酮優(yōu)先圍繞在CA的C1和C4位置，阻止了這些部位發(fā)生不必要的質(zhì)子化，從而減少了副產(chǎn)物（如腐殖質(zhì)）的生成；反應(yīng)過(guò)程中，原位生成的醋酸進(jìn)一步參與催化，和AlCl₃形成協(xié)同作用，促進(jìn)HMF生成。該技術(shù)為CA塑料廢棄物的資源化利用提供了經(jīng)濟(jì)可行的解決方案，有望推進(jìn)塑料循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院龔春曉副教授為論文第一作者，方真教授、福建農(nóng)林大學(xué)帥李教授、華南理工大學(xué)博士林琦璇為共同通訊作者，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)為第一通訊單位。該研究獲國(guó)家自然科學(xué)基金、浙江省自然科學(xué)基金資助。

文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2025.125880