02論文亮點(diǎn)/摘要

2019年 世界塑料年產(chǎn)量已達(dá)3.68億噸，預(yù)計(jì)未來(lái)二十年將翻倍。由于廢舊聚烯烴（如PE、PP）化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，回收困難，大部分被填埋或泄漏到自然環(huán)境中，對(duì)生態(tài)和人類健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。現(xiàn)有催化技術(shù)（如氫解、裂解）主要在400°C以下將聚烯烴轉(zhuǎn)化為烷烴，所得產(chǎn)物通常用作燃料，但其辛烷值和能量密度相對(duì)較低。特別是航空煤油等燃料，需要含有30%-70%芳烴及環(huán)烷烴的高能量密度組分，傳統(tǒng)低溫裂解技術(shù)難以滿足這一需求。

高溫?zé)崃呀猓?gt;500°C）雖能生成芳烴，但伴隨嚴(yán)重的結(jié)焦問(wèn)題和低價(jià)值副產(chǎn)物的產(chǎn)生；而低溫芳構(gòu)化回收聚烯烴的技術(shù)雖具前景，目前仍面臨芳烴選擇性低、成本高等挑戰(zhàn)。因此，開(kāi)發(fā)一種無(wú)需貴金屬、在較低溫度下高效運(yùn)行、且能高選擇性生成輕質(zhì)芳烴的聚烯烴升級(jí)回收技術(shù)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)廢塑料資源化利用與生產(chǎn)燃料具有重要意義。

浙江大學(xué)催化研究所王勇教授與毛善俊副研究員團(tuán)隊(duì)在他們之前發(fā)表論文（Angew. Chem. Int. Ed., 2025, e202424334）的基礎(chǔ)上，替換掉貴金屬催化劑，創(chuàng)新性地提出了一條全新的反應(yīng)路徑：在合成氣氣氛中，采用Zn-ZrO和ZSM-5催化體系，將PE的傳統(tǒng)裂解與CO加氫和Prins反應(yīng)相結(jié)合。在低至280℃的溫和無(wú)貴金屬條件下，即可使芳烴的選擇性在有機(jī)產(chǎn)物中達(dá)到68%。其中，CO加氫的中間體——甲醛至關(guān)重要，它能夠與PE裂解產(chǎn)生的烯烴發(fā)生Prins反應(yīng)，促進(jìn)活性含氧化合物和雙烯中間體的生成，同時(shí)精準(zhǔn)調(diào)控碳鏈長(zhǎng)度。這一過(guò)程不僅降低了后續(xù)芳構(gòu)化反應(yīng)的能壘，還顯著提高了芳烴選擇性，實(shí)現(xiàn)了聚烯烴的高效、低溫升級(jí)轉(zhuǎn)化。

03圖文解析

該工藝創(chuàng)新性地耦合了CO加氫與聚合物裂解過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了在較低溫度下高效催化聚烯烴升級(jí)轉(zhuǎn)化以生產(chǎn)高質(zhì)量燃料，并可通過(guò)調(diào)節(jié)合成氣中的氫氣分壓或兩種催化劑的比例，在79至103的理論辛烷值范圍內(nèi)靈活調(diào)控產(chǎn)物品質(zhì)。程序升溫表面反應(yīng)（TPSR）及同位素標(biāo)記實(shí)驗(yàn)證實(shí)，CO加氫產(chǎn)生的中間體甲醛會(huì)與聚烯烴裂解而來(lái)的烯烴發(fā)生偶聯(lián)，并參與后續(xù)的芳構(gòu)化反應(yīng)。值得關(guān)注的是，若直接在反應(yīng)體系中添加甲醛或甲醇以替代合成氣原位生成甲醛，并未取得理想效果，這凸顯了該工藝中各反應(yīng)步驟之間動(dòng)力學(xué)匹配的重要性。

05本文所用設(shè)備

王勇老師課題組在實(shí)驗(yàn)中所用磁力反應(yīng)釜由科冪儀器提供，論文中也特別提到安徽科冪儀器有限公司，在此非常感謝老師對(duì)科冪儀器的選擇和認(rèn)可。