Superacid-Assisted Degradation of Polystyrene
Superacid-Assisted Degradation of Polystyrene
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超强酸辅助降解聚苯乙烯
DOI：
10.1021/acs.macromol.3c00602
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发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
5.5
通讯作者：
Lee, Sangwoo
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Thigale, Atharwa;Trant, Carrie;Ahn, Juhong;Nelson, Melissa;Ryu, Chang Y.;Bae, Chulsung;Lee, Sangwoo
本文报道了超强酸在低温环境中对聚苯乙烯的降解途径。聚苯乙烯是一种热塑性树脂，广泛用于包装、一次性产品和结构材料。然而，由于化学品回收的高成本和产品的低价值，尚未建立经济上可行的聚苯乙烯升级循环。为了了解聚苯乙烯的降解途径并建立竞争性升级循环实践，我们研究了在20 °C下通过三氟甲磺酸将正常和氘代聚苯乙烯链转化为小化合物。氘代聚苯乙烯的降解研究表明聚合苯乙烯的α碳上的氢对三氟甲磺酸具有很高的稳定性，这表明聚苯乙烯通过α质子夺取的已知β-断裂降解途径是不可能的。相反，聚苯乙烯降解通过三个不同的阶段进行：（i）形成聚合物纳米颗粒的链内交联和聚合苯乙烯向茚满单元的同时转化，（ii）聚合物纳米颗粒降解成小分子量化合物，和（iii）形成多环芳烃。我们报告的聚苯乙烯的逐步降解途径可能使设计高效和有利可图的升级循环过程中的寿命结束的聚苯乙烯产品在低温环境中。
We report the degradation pathway of polystyrene in a low-temperature environment by superacid. Polystyrene is a thermoplastic resin widely used in packaging, disposable products, and structural materials. However, economically viable upcycling of polystyrene has yet to be established because of the high cost of chemical recycling and the low value of products. To understand the degradation pathway of polystyrene and establish competitive upcycling practices, we investigated the transformation of normal and deuterated polystyrene chains into small compounds by triflic acid at 20 °C. The degradation study of deuterated polystyrene showed the high stability of the hydrogens at the α carbons of polymerized styrene against triflic acid, which suggests the known β-scission degradation pathway of polystyrene by α-proton abstraction is unlikely. Rather, the polystyrene degradation proceeds through three distinct stages: (i) intrachain cross-linking that forms polymer nanoparticles and simultaneous transformation of polymerized styrene to indan units, (ii) degradation of the polymer nanoparticles into small molecular weight compounds, and (iii) formation of polycyclic aromatic hydrocarbons. The stepwise degradation pathway of polystyrene we report may enable the design of efficient and profitable upcycling processes for end-of-life polystyrene products in low-temperature environments.
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