近日，中国科学技能年夜学合肥微标准物资科学国度研究中央曾经杰传授于塑料轮回进级范畴取患了冲破性进展。研究职员提出了一种脱氢芳谈判氢解串联的计谋，于无须氢气以及溶剂的环境下，将高密度聚乙烯塑料催化转化为高附加值的环状烃。相干研究结果以“Efficient solvent/hydrogen-free upcycling of high-density polyethylene into separable cyclic hydrocarbons”为题，在6月26日揭晓于国际知论理学术期刊《天然 纳米技能》上。我校曾经杰传授为通信作者，玻士生杜俊杰、曾经琳为配合第一作者。

现如今人们的糊口已经经离不开塑料，小到一根吸管，年夜到一辆汽车……年夜范围的塑料出产给人们提供了便捷，却给天然界带来了难题，形成严峻的“白色污染”。

聚乙烯是五年夜通用塑料之一，化学布局不变，难以天然降解。是以，成长烧毁聚乙烯塑料轮回进级技能，于减轻其对于情况污染的同时，还能让其从头孕育发生经济价值，对于人类社会的可连续成长具备主要意思。

聚乙烯以及石油具备相似的化学布局与构成，那末可否哄骗绿色催化转化的体式格局，把烧毁聚乙烯塑料当做一种“固体石油”原料，来加工制备石油基下流化学产物呢？

石油工业中的两个历程惹起了研究职员的留意。一个是短链的汽油馏分催化重整获得更高附加值的环状烃，这个历程会孕育发生氢气；另外一个是重质油加氢裂化制备短链烃，这个历程会耗损氢气。

于这两个历程的开导下，研究职员设计出了一种“氢呼吸”计谋用以降解高密度聚乙烯塑料。他们开发的份子筛负载金属钌催化剂（Ru/HZSM-5），可以一边让塑料成环脱氢酿成环状烃，“呼”出氢气，一边又让塑料 “吸”入其自身开释的氢气，并裂解酿成短链烃。

于无需分外增添氢气或者溶剂的前提下，研究职员实现了高密度聚乙烯塑料到环状烃的轮回进级。详细来说，于Ru/HZSM-5催化剂的作用下，经280摄氏度24小时的催化反映，高密度聚乙烯塑料的转化率到达69.6 wt%（图1）。产品中链状烃重要漫衍于C1-C6，环状烃重要漫衍于C7-C16，且环状烃的选择性为60.3 mol%。

图1Ru/HZSM-5催化高密度聚乙烯塑料制备环状烃的机能

随后，研究职员探究了高密度聚乙烯塑料的轮回进级反映路径。如图2所示，环状烃的天生历程为路径一。起首，高密度聚乙烯于钌或者份子筛上发生脱氢造成响应的烯烃以及二烯烃中间体。二烯烃中间体于份子筛的酸性位点作用下发生环化，造成响应的环烷烃产品。环烷烃进一步脱氢芳构，终极获得芳烃产品。链状烃的造成则与路径二以及路径三有关。路径二中，脱氢造成的烯烃中间体于份子筛的酸性位点上发生质子化并造成碳正离子。碳正离子随后发生β断裂，获得更短链的烯烃以及烷烃产品。路径三中，于金属钌的作用下，高密度聚乙烯间接哄骗系统华夏位开释的氢，举行氢解断键获得短链烷烃。

图2 无溶剂/无氢前提下高密度聚乙烯塑料轮回进级反映路径

研究职员用差别份子筛负载的金属钌举行了高密度聚乙烯塑料轮回进级的催化试验，考查了份子筛孔道对于反映的影响。成果注解，假如份子筛的孔道进口过窄（如SAPO-34），于孔道内天生的芳烃不克不及顺遂脱附，进一步反映造成稠环，致使催化剂积碳掉活。相反，假如孔道过年夜（如USY），对于聚乙烯份子的吸附威力较弱，致使年夜量聚乙烯份子未被有用裁剪就脱附（图3）。对于在HZSM-5份子筛来讲，具备适中的孔道尺寸，既防止了稠环芳烃以及积碳的天生，又使患上天生的产品环状烃能顺遂脱附，保障催化反映连续不变举行。

图3 份子筛酸性位点以及孔道布局对于高密度聚乙烯塑料轮回进级机能的影响

颠末三轮催化反映，Ru/HZSM-5催化剂的活性以及选择性都没有发生较着变迁，申明该催化剂具备很好的轮回不变性。同时，研究职员将原料从高密度聚乙烯塑料粉末改换为低密度聚乙烯保鲜膜，并举行了不异前提下的催化试验。成果注解，低密度聚乙烯保鲜膜也能被高效降解，且产品选择性跟高密度聚乙烯塑料险些一致。这些成果注解，Ru/HZSM-5催化剂对于差别类型的聚乙烯塑料具备必然的普适性。

图4 Ru/HZSM-5催化剂的轮回不变性及其对于差别聚乙烯塑料轮回进级的普适性

此项事情获得国度重点研发规划工程、中国科学院不变撑持根蒂根基研究范畴青年团队规划工程、国度天然科学基金工程、安徽省重点研究与开发规划工程的撑持。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41565-023-01429-9

（微标准物资科学国度研究中央、化学与质料科学学院、科研部）

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