2025年2月7日，東京大學(xué)宣布，該校研究生院工學(xué)系研究科與東京都立大學(xué)的研究小組成功開發(fā)了一種能夠?qū)?/span>環(huán)氧樹脂復(fù)合材料進(jìn)行氫解反應(yīng)的固體催化劑。使用這種催化劑，能夠在溫和條件下高效分解環(huán)氧樹脂，并成功應(yīng)用于碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）和玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧基板的回收。研究小組期待這一成果能夠推動(dòng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料回收技術(shù)的發(fā)展。
要分解纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，需要分解粘合部分的環(huán)氧樹脂。然而，通常需要500℃以上的高溫或強(qiáng)酸、強(qiáng)堿環(huán)境，同時(shí)回收纖維和樹脂單體十分困難。此外，近年來雖然開發(fā)了使用均相催化劑的環(huán)氧樹脂氫解法，但催化劑的回收和再利用仍是一個(gè)難題。
研究小組開發(fā)的催化劑是氧化鈰負(fù)載的鎳-鈀雙金屬催化劑（Ni-Pd/CeO2），以氯化鎳和氯化鈀為金屬前驅(qū)體，通過氫氧化鈉共沉淀法制備而成。
通過高角度環(huán)形暗場掃描透射電子顯微鏡（HAADF-STEM）和能量色散X射線光譜（EDS）對催化劑進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)鎳和鈀以合金納米顆粒的形式負(fù)載在氧化鈰表面的同一位置。
使用該催化劑，在N-甲基吡咯烷酮（NMP）溶劑中，180℃、常壓氫氣條件下，酸酐或胺固化環(huán)氧樹脂的分解反應(yīng)順利進(jìn)行，并成功回收了相應(yīng)的酚類化合物。此外，加入催化量的堿后，分解反應(yīng)顯著加速。
通過Ni-Pd/CeO2催化劑對環(huán)氧樹脂進(jìn)行氫解反應(yīng)，該催化劑體系還能夠分解CFRP和玻璃環(huán)氧板材，并回收纖維和酚類化合物。通過掃描電子顯微鏡（SEM）對回收的纖維進(jìn)行分析，確認(rèn)環(huán)氧樹脂完全分解，纖維表面干凈。此外，該催化劑穩(wěn)定性優(yōu)異，即使重復(fù)使用6次，仍能高效分解CFRP。
該研究成果已于2月6日發(fā)表在英國科學(xué)雜志《Nature Communications》的在線版上。
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