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Angewandte Chemie International Edition
2019年全球塑料年产量已达3.68亿吨,预计未来二十年将翻倍。由于废旧聚烯烃(如PE、PP)化学性质稳定,回收困难,大部分被填埋或泄漏到自然环境中,对生态和人类健康构成严重威胁。化学回收技术因其能将废塑料转化为高附加值的燃料和化学品,被IUPAC列为2019年十大颠覆性创新技术。现有催化技术(如氢解、裂解)主要在400°C以下将聚烯烃转化为烷烃,所得产物通常用作燃料,但其辛烷值和能量密度相对较低。特别是航空煤油等高端燃料,需要含有30%-70%芳烃及环烷烃的高能量密度组分,传统低温裂解技术难以满足这一需求。
高温热裂解(>500°C)虽能生成芳烃,但伴随严重的结焦问题和低价值副产物的产生;而低温芳构化回收聚烯烃的技术虽具前景,目前仍面临芳烃选择性低、成本高等挑战。因此,开发一种无需贵金属、在较低温度下高效运行、且能高选择性生成轻质芳烃的聚烯烃升级回收技术,对于实现废塑料资源化利用与生产高端燃料具有重要意义。
浙江大学催化研究所王勇教授与毛善俊副研究员团队在他们之前发表论文(Angew. Chem. Int. Ed., 2025, e202424334)的基础上,替换掉贵金属催化剂,创新性地提出了一条全新的反应路径:在合成气气氛中,采用Zn-ZrO和ZSM-5催化体系,将PE的传统裂解与CO加氢和Prins反应相结合。在低至280℃的温和无贵金属条件下,即可使芳烃的选择性在有机产物中达到68%。其中,CO加氢的中间体——甲醛至关重要,它能够与PE裂解产生的烯烃发生Prins反应,促进活性含氧化合物和双烯中间体的生成,同时精准调控碳链长度。这一过程不仅降低了后续芳构化反应的能垒,还显著提高了芳烃选择性,实现了聚烯烃的高效、低温升级转化。
该工艺创新性地耦合了CO加氢与聚合物裂解过程,实现了在较低温度下高效催化聚烯烃升级转化以生产高质量燃料,并可通过调节合成气中的氢气分压或两种催化剂的比例,在79至103的理论辛烷值范围内灵活调控产物品质。程序升温表面反应(TPSR)及同位素标记实验证实,CO加氢产生的中间体甲醛会与聚烯烃裂解而来的烯烃发生偶联,并参与后续的芳构化反应。值得关注的是,若直接在反应体系中添加甲醛或甲醇以替代合成气原位生成甲醛,并未取得理想效果,这凸显了该工艺中各反应步骤之间动力学匹配的重要性。
科幂仪器依托中国科学技术大学等雄厚的科研力量,研制了多款具有自主知识产权的合成反应仪器、设备。技术驱动、方案营销,专注于非标方案的设计和多维立体化服务。产品已成功进驻国内所有985、211高校实验室及新材料、新能源、生物医药、石油化工等战略新兴产业头部企业,并远销欧美、澳洲、中东等地,覆盖国内外科研及企业客户20000余家,助推研发应用4000余项,助力用户发表SCI(一区)论文1000余篇。
作为央视《中国品牌故事》入选企业、安徽省专精特新企业、合肥市工业设计中心,科幂仪器秉承“严谨专业·创新高效·精益求精·创造价值”的科幂精神,致力于用专业和品质加速科研及产业化,为科研工作者加速取得科研成果提供更加“安全·便捷·精确·高效”的仪器设备。
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