近日，中國科學院大連化學物理研究所研究員潘秀蓮團隊在塑料催化轉化回收利用領域取得新進展，實現了相對溫和條件下二氧化碳與聚烯烴廢塑料耦合升級回收高選擇性制芳烴等高值化學品。相關成果發表在《國家科學評論》上。
塑料是重要的合成高分子材料，是現代社會生活和工業生產不可或缺材料，如何解決急劇增加的廢塑料對環境和健康的影響，已經成為全球重大問題之一。在眾多塑料制品中，以聚乙烯和聚丙烯為代表的聚烯烴約占55%，是產量和消費量最大的塑料。由于聚烯烴分子化學惰性，難以在自然條件下降解。如何在相對溫和的條件下，實現聚烯烴碳-碳鍵選擇性斷裂和重組是該領域一大挑戰。
該反應示意圖。大連化物所供圖
OXZEO催化體系是由包信和院士、潘秀蓮研究員團隊于2016年提出的一種創新的催化劑設計概念，結合了金屬氧化物和沸石分子篩的功能特點，在空間上提供了兩種獨立的反應活性位點。本工作中，團隊將OXZEO催化設計概念拓展應用于二氧化碳與聚烯烴廢塑料耦合升級回收中，使二氧化碳作為氫的受體并轉化成為碳氫化合物，促進聚烯烴回收成為芳烴。團隊通過創制Pt修飾的MnOx-ZSM-5雙功能催化劑，將二氧化碳活化和聚烯烴解聚-芳構化的活性位分別分離在金屬/金屬氧化物和分子篩上，在300 ℃和1 MPa的相對溫和條件下，實現一步轉化生成芳烴等高值化學品，芳烴收率達到64%，其中60%為苯、甲苯、二甲苯。研究證明，每公斤聚烯烴可消耗0.2公斤二氧化碳，且90% 二氧化碳轉化為芳烴產物，同時生成0.64公斤芳烴，0.28公斤液化氣和石腦油。
本工作中設計的催化體系可適用于聚乙烯、聚丙烯及其塑料制品的升級回收。并且，開發的技術路線不僅實現了聚烯烴類廢塑料在相對溫和條件下，選擇性制高附加值芳烴，也為二氧化碳的轉化利用提供了一條新途徑，同時將聚烯烴和二氧化碳兩種廢物進行資源化利用。
相關論文信息：https://doi.org/10.1093/nsr/nwae097
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