近日，Chemical Engineering Journal在线发表了发酵工业分离提取技术研发中心在聚酰胺4熔融-热分解耦合机理方向取得的最新研究成果：“Unraveling the multi-scale pyrolysis mechanism in the melt-pyrolysis coupling process of polyamide 4: A high-melting bio-based plastic with green chemical recycling potential”。本研究以聚酰胺4为研究对象，结合热解动力学与量化计算等策略，解析了聚酰胺4熔融-热分解耦合过程中的多尺度热解机制，为实现聚酰胺4大规模热加工提供了理论基础。

聚酰胺4（PA4）完全由生物质原料制成，且可完全生物降解，具有显著的环境优势。然而，其熔融热解加工窗口极窄，成为限制热加工并阻碍大规模应用的关键挑战。为实现这一目标，本研究将物理相变与化学解聚过程的重叠效应进行了分离。通过阐明微观热解路径和反应机理，为推进热加工技术奠定了理论基础。对DTG曲线进行高斯去卷积后，将主要质量损失过程分解为三个相互重叠的表观动力学贡献。研究结果表明，这些伪组分的平均活化能呈下降趋势，分别为102.41、94.56和74.80 kJ/mol。结合原位变温XRD和动力学分析，这三个贡献分别对应主质量损失前的结构逐步松弛、长程结晶有序性快速下降后的降解，以及残留物质的后续降解过程。首次采用密度泛函理论（DFT）分析了PA4的热解反应路径，以探究其多阶段降解的微观化学本质。分析表明，分子内环化路径（路径2）的能量垒明显低于水解诱导的键断裂路径（路径1），因此确定分子内环化是PA4分解的主要途径。本研究深入探讨了相变与解聚耦合过程在不同尺度上的热分解机制，为实现大规模热加工提供了理论基础。

赵黎明教授为论文通讯作者，博士研究生司凯为论文第一作者。本成果得到了中国教育部基础学科与交叉学科突破计划、上海市2024年度“科技创新行动计划”合成生物学领域项目的支持。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.179908