CCI Phase I: NSF Center for Polymers for a Circular Economy (PCE)

CCI 第一阶段:NSF 循环经济聚合物中心 (PCE)

基本信息

  • 批准号:
    2317582
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 180万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-09-01 至 2026-08-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

The NSF Center for Polymers for a Circular Economy (PCE) is supported by the Centers for Chemical Innovation (CCI) Program of the Division of Chemistry. Plastics are ubiquitous and essential for modern society, but unfortunately place a heavy toll on the environment. Ideally, replacements could be developed for conventional plastics that would lower their environmental burdens yet retain the unique physical properties that have made them indispensable. The goal of PCE is to develop new strategies for synthesizing effective replacement polymers from inexpensive starting materials that include carbon dioxide, biomass residues from agriculture and forestry, and oils from food waste. An equally important objective of PCE is to understand how to design novel polymers that at the end of their life cycle, instead of entering a landfill, can be effectively degraded or broken apart into safe, easily recyclable components. PCE will be encouraging the advancement of student careers in science through the development of training programs in entrepreneurship and the establishment of joint academic/industry projects. Center team members will initiate a student-led Sustainability Club to build social and cultural bridges among scientists and citizen-scientists with different backgrounds in sustainable chemistry. PCE will also develop a series of videos to educate the public on the future of ensuring a sustainable future for plastics.Creating true polymer circularity ultimately requires a massive shift from petrochemicals to carbon-negative and neutral feedstocks in the synthetic generation of the foundational monomer building blocks. New synthetic methods and approaches will be developed for polymer synthesis, taking advantage of sustainable feedstocks that include carbon dioxide, biomass residues, and oils from food waste. Adhering to this theme of circularity, PCE will also investigate monomers with intentionally positioned functional groups and structural features that, after polymerization, instill a capability for controlled degradation and/or depolymerization. Chemical approaches for environmentally degradable polymers include functional group-containing condensation polymers and polymers generated from bicyclic lactam- and lactone-monomers. Depolymerization approaches for polymers will be investigated by synthesizing polymers from vinyl monomers that form tertiary radicals and from oligomers that form end group radicals. PCE will develop predictive multiscale modeling to guide the synthesis of monomers, predict polymeric properties, and understand the impact of functional group placements on degradation and depolymerization at the molecular and mesoscopic scales. The simulation tools utilized will include density functional theory and dissipative particle dynamics.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
NSF循环经济聚合物中心(PCE)得到化学划分的化学创新中心(CCI)计划。塑料无处不在,对于现代社会来说是必不可少的,但不幸的是,塑料对环境造成了巨大的损失。理想情况下,可以为传统的塑料开发替换,这些塑料将降低其环境负担,但保留了使其必不可少的独特物理特性。 PCE的目的是制定新的策略,以合成廉价起始材料的有效替代聚合物,包括二氧化碳,农业和林业的生物量残留物以及食物浪费的油。 PCE的一个同样重要的目标是了解如何设计新型聚合物,这些聚合物在生命周期结束时而不是进入垃圾填埋场,可以有效地降解或分解成安全,易于回收的组件。 PCE将通过制定企业家精神和建立联合学术/行业项目的培训计划来鼓励科学领域的学生职业发展。中心团队成员将启动一个由学生主导的可持续发展俱乐部,以在可持续化学背景不同的科学家和公民科学家之间建立社会和文化桥梁。 PCE还将开发一系列视频,以教育公众关于确保塑料可持续未来的未来。创建真正的聚合物循环最终需要从石化化学物质到碳阴性和中性的原料进行大规模转变。将开发新的合成方法和方法来用于聚合物合成,利用包括二氧化碳,生物量残基和食物浪费的油在内的可持续原料。 PCE遵循这种循环性的主题,还将调查具有有意定位的官能团和结构特征的单体,这些单体在聚合后灌输了可控降解和/或去聚合的能力。可环境降解的聚合物的化学方法包括由双环乳酸乳糖和内酯 - 经济体产生的含有功能群的凝聚聚合物和聚合物。通过合成形成三级自由基的乙烯基单体的聚合物和形成末端组自由基的低聚物的聚合物,将研究聚合物的解聚方法。 PCE将开发预测性的多尺度建模,以指导单体的合成,预测聚合物特性,并了解功能组放置对分子和介质尺度下降解和解聚的影响。所使用的仿真工具将包括密度功能理论和耗散粒子动力学。该奖项反映了NSF的法定任务,并使用基金会的知识分子优点和更广泛的影响审查标准,被认为值得通过评估来获得支持。

项目成果

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