俄亥俄州鲍灵格林——有机硅和其他基于硅氧烷的聚合物存在于无数消费品中，但它们的流行也伴随着一个问题：几乎所有这些聚合物在使用一次后都会被扔进垃圾填埋场。然而，鲍灵格林州立大学的开创性研究可能有助于改变这种状况。

BGSU 化学系副教授 Joe Furgal 博士正在带头开展一项研究项目，研究使用室温解聚来回收或升级循环有机硅，从而使它们远离垃圾填埋场，并节省制造新聚合物所需的大量能源.

Furgal 说，硅胶的生命周期存在明显差距。在消费者使用后，目前还没有简单的方法可以将材料恢复原状并像其他材料一样重复使用。

“在你使用它之后，你就把它扔掉了，因为有机硅是不可回收的，”他说。“硅树脂没有回收编号，甚至没有真正好的工艺。”

医疗应用占据了硅胶的大量使用——在管道、助听器、植入式设备和假肢中——但硅胶在厨房工具、安抚奶嘴、婴儿奶瓶、嵌缝甚至儿童玩具(如 Silly Putty)等物品中也有重要的日常用途。

此外，这些聚合物还用于制造从垫圈到航空航天绝缘材料，再到制作好莱坞电影面具的主要材料。

但是，一旦将它们用于初始目的，目前还没有一种实用或具有成本效益的方法来重复使用这些材料。

Furgal 实验室的博士后研究员 Kalani Edirisinghe 博士说，有机硅和其他类似的聚合物有很多好处，但是当这些聚合物被丢弃时，替换它们的过程意味着大量的新能源使用。

“基于硅氧烷的聚合物广泛用于日常材料中，因为它们毒性低，而且它们具有化学、机械和热稳定性，”Edirisinghe 说。“生产这些材料的高能源成本在未经回收或升级回收的情况下被丢弃，这将浪费资源和能源。”

与钢铁生产类似，硅氧烷聚合物的生产需要在高于 3,600 华氏度的温度下进行碳热还原。

保守估计表明，每生产一公斤用于制造聚合物硅树脂的金属硅，释放的二氧化碳量至少是其 10 倍——而人类每年生产约 150 万吨硅树脂。

“我们想让有机硅的生命周期更像钢铁，”22 岁的 Buddhima Rupasinghe 博士说，他是有机硅降解过程评论的作者，他作为 BGSU 学生的研究负责推动这项技术向前发展。

但是硅胶在被消费者使用之后就不像钢铁了。大多数消费后的钢材都被收集起来并重复使用，Furgal 说他想利用这项研究来“关闭循环”，通过将聚合物恢复到原来的形式，使它们能够被重复使用。

“我们的灵感来自钢铁，它的制造工艺与硅非常相似——但钢铁的回收率高达 88%，”他说。“想一想：所有钢材中有 88% 被重复利用，而废钢比新钢材使用的能源少 75%。”

将有机硅转化为原材料的过程使用了一种称为解聚的过程，该过程将具有分组亚单元的聚合物转化为单体或一系列单体，使其可以重复使用。

该研究包括与中央州立大学的合作和学生交流计划，研究了反应如何在室温下发生以解聚有机硅。

Furgal 的实验室使用一种催化剂来分解有机硅的键，一种溶剂可以帮助催化剂转移到有机硅中，然后使用氯化钙浴将新结构固定到位。

由此产生的液体可以过滤并在新的有机硅生产中重复使用——消除了有机硅生产过程中耗能巨大的第一步。

Furgal 说：“我们可以在室温下使用硅酮、硅橡胶、弹性体、油并使用催化剂，我们可以将它们转化回它们的起始材料。” “过滤后，您就可以将其放回引发剂工艺中，重新获得有机硅。”

解聚方法甚至可以在不伤害塑料的情况下将硅胶与附着的塑料分离，并且还可以重新利用医用硅胶，因为溶剂还可以杀死硅胶在首次使用时可能遇到的任何生物危害。

正在申请专利的方法有一个很有前途的未来用途，包括国家心脏、肺和血液研究所的一项拨款，用于研究通过控制一氧化氮的释放来增强硅树脂的使用，以防止感染和血液凝固，这是与副教授的合作BGSU 的 Alexis Ostrowski 博士和佐治亚大学的两名生物医学工程教员，Elizabeth Brisbois 博士和 Hitesh Handa 博士。

研究人员希望这些方法在减少硅树脂和类似聚合物的初始产生所造成的碳排放方面有用且广泛。

“这项研究开启了在温和条件和室温下解聚这些材料的可能性，”Edirisinghe 说。“这个过程将节省资源、能源和成本，因为它对环境有益，并将有助于绿色化学和资源的可持续利用。”