近日，工学院方真教授团队成员龚春晓副教授在国际权威学术期刊Applied Catalysis B: Environment and Energy发表题为“One-step valorization of cellulose acetate plastic waste into 5-hydroxymethylfurfural”的论文，提出一步法将醋酸纤维素废弃塑料转化为高价值化学品5-羟甲基糠醛（HMF）。
醋酸纤维素(CA)是一种常见的纤维素衍生物，广泛应用于香烟滤嘴、纺织品和塑料等消费品。醋酸纤维素类产品的使用产生了大量塑料废弃物，CA的低生物降解性使其成为一种隐性污染源，可在环境中可能存留超过10年，且降解速度随着乙酰化程度的升高而大幅下降，对环境构成严峻挑战。随着香烟滤嘴和纺织品需求持续增长，2024年全球CA市场规模已达到200万吨。然而，CA塑料废物的回收面临着巨大挑战：废弃烟头中浓缩的有毒物质（如尼古丁和重金属）导致分离纯化成本高昂；醋酸纤维素织物的回收需要漂白和重新染色过程，加剧环境污染，回收后的CA性能下降，限制了其再利用价值。
本研究提出一步法将CA废弃塑料转化为高价值化学品5-羟甲基糠醛（HMF）。使用AlCl3作为单一催化剂，在丙酮-水溶剂系统中160°C、50分钟条件下，CA转化为HMF产率达53.7%，是未处理纤维素的3倍；当以真实废弃物（香烟滤嘴、CA织物）作为原料时，HMF产率均超过50%。NMR与XRD分析表明CA结晶结构被完全破坏，纤维素特征结晶峰消失，转化为无定形/半结晶状态，且分子间氢键断裂，这些结构变化使CA在丙酮-水体系中溶解性和反应活性显著提升。通过分子动力学模拟发现：CA的乙酰基与丙酮分子发生更强的非共价相互作用，丙酮优先围绕在CA的C1和C4位置，阻止了这些部位发生不必要的质子化，从而减少了副产物（如腐殖质）的生成；反应过程中，原位生成的醋酸进一步参与催化，和AlCl3形成协同作用，促进HMF生成。该技术为CA塑料废弃物的资源化利用提供了经济可行的解决方案，有望推进塑料循环经济发展。
南京农业大学工学院龚春晓副教授为论文第一作者，方真教授、福建农林大学帅李教授、华南理工大学博士林琦璇为共同通讯作者，南京农业大学为第一通讯单位。该研究获国家自然科学基金、浙江省自然科学基金资助。
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2025.125880
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