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碳纤维增强复合材料（CFRP）因其卓越的“轻质高强”特性，已成为航空航天、风电叶片和高端运动器材等领域的革命性材料，与传统的钢铁和铝合金相比，CFRP能够在显著减轻重量的同时能保持优异的力学性能，提升能源效率。

然而，这种高性能材料的广泛应用也带来了回收的困难——由于碳纤维被牢牢嵌入在通过化学交联形成的环氧树脂网络中，这类“热固性复合材料”无法像热塑性塑料那样通过简单加热实现重塑回收。若要实现有效回收，必须通过化学解聚的方式释放碳纤维，同时尽可能保持其结构完整性和力学性能，这一过程需要大量化学试剂，且回收过程中可能产生环境污染。每生产一公斤产品约会产生 30-40 公斤二氧化碳。因此，需要可行的 CFRP 废料回收技术。

为了突破这一瓶颈，美国国家可再生能源实验室（NREL）Gregg Beckham 研究团队开发了一种“醋酸分解”工艺，成功为 CFRP 的绿色回收提供了创新解决方案，题为“Acetolysis for epoxy-amine carbon fibre-reinforced polymer recycling”的研究在线发表于 Nature。

该醋解工艺的核心在于利用乙酸（CH₃COOH）作为质子溶剂和反应介质，在高温（280℃）条件下，乙酸分子中的羧基（-COOH）能选择性攻击环氧树脂网络中的碳-氧醚键（C-O-C）和碳-氮胺键（C-N），使其发生酸催化断裂。这一过程可以很好的避免传统强酸（如硫酸）的环境污染问题，并能通过控制反应时间（2 小时）精确保留碳纤维的晶体结构。而反应生成的单体（如双酚 A 和胺类化合物）则溶于乙酸体系，实现纤维与树脂的清洁分离。

图 | 醋解工艺流程图

基于这一原理，团队成功将该工艺应用于航空航天部件、运动装备、医疗器械和能源行业等多种来源的 CFRP 样品。该反应对各种环氧胺化合物以及来自不同行业的报废材料均有效，可在 2 小时内生成清洁的再生碳纤维（rCF）。TEA 估计，rCF 的售价为每公斤 1.50 美元。

扫描电镜观察显示，经过处理的碳纤维表面洁净，热重分析证实树脂去除率高达 99.6%。更令人振奋的是，用回收碳纤维重新制备的复合材料在山地自行车车架等实际应用中表现出色：不仅重量比钢和铝更坚固，在经过多次循环使用后仍能保持优异的力学性能。

图 | 将该工艺实际应用于多种 CFRP 样品后均表现出色

与生产全新 CFRP 相比，该工艺可降低 90% 以上的环境影响，减少 99% 的温室气体排放。特别值得注意的是，这项技术的应用范围不仅限于碳纤维复合材料，还可拓展至玻璃纤维增强材料（GFRP）的回收，为解决日益严峻的风电叶片等大型复合材料报废问题提供了新思路。

无独有偶，此前不久，堪萨斯大学与南加州大学的联合研究团队在《美国化学会志》（JACS）曾发表过另一种解决 CFRP 回收的创新性方案，即采用基因改造的构巢曲霉，通过 180℃、24 小时的化学预处理结合金属催化分解，虽然处理周期较长（约1周），但同样实现了 97% 以上的碳纤维强度保留率，还能将分解产物转化为具有医疗价值的化合物 OTA（(2Z,4Z,6E)-辛-2,4,6-三烯酸）。

两种技术在分解效率上各具优势，NREL 的醋酸分解法在反应速度（2 小时）和即时处理能力上更胜一筹，特别适合规模化快速处理；而生物催化技术则进一步将分解产物转化为高附加值医药中间体，实现了经济效益提升。

总之，这两项突破性研究分别代表了化学回收和生物回收的技术前沿，预示着 CFRP 回收技术正不断朝着多元化方向发展，相信随着多项技术持续推动，将彻底改变 CFRP 难回收的产业困境，为复合材料产业的可持续发展注入新动力。

参考文献：

https://www.nature.com/articles/d41586-025-01876-5

https://www.nature.com/articles/s41586-025-09067-y

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