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二氧化碳合成丁二烯橡膠技術重大突破
導讀：近日，日本國立富山大學(University of Toyama)與東洋輪胎(TOYO TIRES)株式會社在東京聯合召開新聞發布會宣布，成功開發以二氧化碳為原料合成丁二烯橡膠新技術。
【塑料機械網 科技創新】近日，日本國立富山大學(University of Toyama)與東洋輪胎(TOYO TIRES)株式會社在東京聯合召開新聞發布會宣布，成功開發以二氧化碳為原料合成丁二烯橡膠新技術。
基于該技術生產的丁二烯橡膠正在東洋輪胎株式會社用于賽車輪胎的實用化生產，所生產輪胎將裝配賽車參加巴黎-達喀爾沙漠越野拉力賽和德國紐堡林24小時耐力挑戰賽以反饋重要信息到量產技術中，該可持續循環技術有望于2029年底之前實現商業化應用。
發布會上，富山大學低碳物質變換中心主任椿范立(Noritatsu Tsubaki)院士和東洋輪胎執行董事島一郎(Ichiro Shima)先生對新技術進行了說明(圖1)。
合成橡膠，又稱為合成彈性體，是由人工合成的高彈性聚合物，是三大合成材料(合成塑料、合成纖維、合成橡膠)之一。
在合成橡膠中，丁二烯橡膠和丁苯橡膠的產量和消耗量位居前二位，其中丁二烯是通過聚合反應生產兩大合成橡膠的關鍵原料。
然而丁二烯生產嚴重依賴于石油原料裂解和分離(圖2)，存在對化石原料過度依賴和溫室氣體CO2高排放的弊端，亟需開發非化石原料基丁二烯生產新路線以擺脫當前能源危機和溫室效應的雙重束縛。
此外，作為合成橡膠的主要應用出口，輪胎中約含有40%的合成橡膠，且以丁二烯橡膠和丁苯橡膠為主。
無論新能源汽車如何更替換代，汽車輪胎將始終是其穩定運行的關鍵。在碳減排和碳中和壓力下，輪胎企業對非化石原料基丁二烯和相關橡膠合成新技術的開發需求與日俱增。
在上述背景下，富山大學低碳物質變換中心主任椿范立院士團隊與日本東洋輪胎株式會社攜手成功開發了CO2原料制丁二烯和丁二烯橡膠新技術，該技術有望為CO2資源化利用提供新途徑。
該技術研發始于2016年，富山大學椿范立教授研究室基于前期研究成果，采用獨創的Fe-Cu復合多功能催化劑將CO2轉化為乙醇，通過對催化組分表界面性質和空間組合方式調控，獲得優異的乙醇選擇性和單程CO2轉化率，為后續乙醇制丁二烯和聚合反應奠定了基礎(ACS Catal. 2021, 11, 11742-11753)。
隨后設計了具有強耐水酸位點的Y-ZnZrSi基催化劑實現80 %乙醇水溶液直接轉化制丁二烯，表現出優異的乙醇轉化率和丁二烯選擇性(Appl. Catal. B: Environ. 2022, 301, 120822; ACS Sustainable Chem. Eng. 2021, 9, 10569-10578; Appl. Surf. Sci. 2022, 602, 154299; Catal. Sci. Technol. 2022, 12, 2210)，丁二烯產率顯著優于已報道催化體系。
基于上述成果，東洋輪胎株式會社采用自主研發的聚合催化劑和催化體系將丁二烯聚合為丁二烯橡膠，從而打通了由CO2到丁二烯橡膠的全流程(圖3)。
該技術路線已申請或授權至少5項國際專利。
該技術成果的迅速形成得益于日本富山大學低碳物質變換中心的成熟運行機制(圖4)，中心于2021年4月在該校設立。
中心創始主任椿范立教授介紹，中心旨在開展學術基礎研究以開發下一代低環境負荷材料制造技術，助推社會可持續發展，并重點布局應用研究以快速實現研究成果的實際商業化應用。
來源：石化聯合會化工新材料專委會
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