工業(yè)廢氣“化身”高檔樹脂鏡片

工業(yè)廢氣，作為工業(yè)化進(jìn)程中的排放物，一直對自然環(huán)境和人類身體健康造成較大影響。解決工業(yè)廢氣的排放問題，是多年來人類一直去研究探索的問題。

近日，工業(yè)廢氣的問題再一次被科學(xué)家所破解。通過一種特色的共聚反應(yīng)，廢氣氧硫化碳變成了一種特別的固體材料，這種透明的材料未來可以被用來合成制造樹脂眼鏡片、光纖的原料。

這一新技術(shù)是由浙江大學(xué)高分子系張興宏教授課題組所研發(fā)，相關(guān)研究成果在《自然·通訊》上發(fā)表。

在化學(xué)工作者眼中，氧硫化碳的回收和利用，對于我國這樣的煤炭和石油消費(fèi)大國，有著極大的社會與經(jīng)濟(jì)意義。

可惡的氧硫化碳

氧硫化碳是在燃煤、煉油和化工過程中產(chǎn)生的一種禁排的廢氣。之所以說它是廢氣，因?yàn)樗鼘τ谧匀画h(huán)境和身體健康來說，一直都是百害而無一利。

氧硫化碳會嚴(yán)重腐蝕生產(chǎn)設(shè)備，當(dāng)隨著廢氣散逸到高空中時，還會產(chǎn)生二氧化硫?qū)е滤嵊?。酸雨則會導(dǎo)致土地酸化，影響植物生長發(fā)育，對城市建筑腐蝕，導(dǎo)致人類疾病增加等。

另外，氧硫化碳還會被光氧化破壞臭氧層。

氧硫化碳除了在工業(yè)中產(chǎn)生，也經(jīng)常出現(xiàn)在家庭內(nèi)外。如下水道里的反水味道以及冰箱里壞掉食物的氣息，就是氧硫化碳的味道。

一直以來，人類都是致力于對氧硫化碳等工業(yè)廢氣排放的處置，常見的方式莫過于減少排放，這一做法帶來的是減少產(chǎn)能或者增加巨大的廢氣治理投入，如脫硫處理。

脫硫處理是當(dāng)前比較主流的做法之一，但脫硫之后，這些脫除的含硫物質(zhì)又該如何處理，依舊是擺在人類面前的一道難題。

變廢為寶的神奇

研究高分子材料已有十幾年時間的張興宏就開始了思考和研究，他們的研究目標(biāo)是尋找最為有效的專一催化體系，讓氣態(tài)的氧硫化碳固定下來。

經(jīng)過了10年的研究，張興宏成功將氧硫化碳回收利用為高分子材料。

在張興宏課題組實(shí)驗(yàn)室里，記者看到，把氧硫化碳和環(huán)氧化合物——一種常見、廉價的化學(xué)原料——和催化劑共同置于高壓釜中，兩者就能聚合成為一種無毒、無色透明的新物質(zhì)。

“這樣得到的含硫高分子材料，重量的一半來源于氧硫化碳，回收利用效率高。”張興宏介紹，聚合反應(yīng)所得到的材料折光指數(shù)和阿貝數(shù)都較高，是理想的光學(xué)樹脂。

折光指數(shù)和阿貝數(shù)是我們通常會在眼鏡店里遇到的兩個指標(biāo)。同樣的度數(shù)，折光指數(shù)高的鏡片輕、薄，不會變成“啤酒瓶底”。阿貝數(shù)高的鏡片能更準(zhǔn)確地反映世界的色彩。

張興宏表示，由含硫廢氣合成的光學(xué)樹脂加工性能良好，可方便地制造鏡片、光纖等，大有用武之地。

無金屬催化劑勞苦功高

之所以能將氧硫化碳變成樹脂眼鏡的材料，核心是催化劑。

找到合適的催化劑是此類研究中的一個巨大挑戰(zhàn)，張興宏是幸運(yùn)的，成功發(fā)現(xiàn)了這一催化劑。

“常溫下，氧硫化碳不能自聚。我們在早期已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了氧硫化碳與環(huán)氧化合物共聚，將它有效地轉(zhuǎn)變?yōu)椴牧?。但我們采用的是金屬催化劑，而人們最大的訴求就是材料中不能含有重金屬。”張興宏說。

張興宏團(tuán)隊進(jìn)一步開展對非金屬催化劑的研究，將兩種含氮的有機(jī)小分子組合起來，形成了簡單、便宜、效果好的催化體系。

碳酸酐鋅酶在地球早期有生命的時候就廣泛存在了，它對于調(diào)節(jié)身體酸堿性、維系生命具有重要的作用。在自然界中，碳酸酐鋅酶能抓到氧硫化碳，并把它轉(zhuǎn)化為硫化氫。

張興宏團(tuán)隊深入研究了碳酸酐鋅酶為何能高效活化氧硫化碳的機(jī)制，借鑒其功能和結(jié)構(gòu)，最終找到了一種非金屬催化劑，成功將氧硫化碳轉(zhuǎn)化為有用的材料。

這種新催化體系簡單、便宜、效果好，特別是催化劑不含金屬，使得到的含硫高分子展現(xiàn)出本來的無色透明品質(zhì)。

“目前制備含硫高分子都用難以儲運(yùn)的劇毒光氣和硫醇等為原料，我們提出的新方法為探索非光氣路線帶來了突破。”張興宏表示，這項研究成果的產(chǎn)業(yè)化前景看好。（江耘）