煉油廠廢棄的FCC催化劑催化裂解聚丙烯

　　聚丙烯是廢棄塑料的常見組分之一。隨著環保意識的提升和資源回收需求的日趨顯著，開發廢舊塑料回收是減少塑料污染及獲取化工原料資源的兩得策略。荷蘭烏得勒支大學（Utrecht University）Bert M. Weckhuysen教授課題組近日在《德國應化》上發表了一種利用煉油廠的廢棄催化劑催化熱裂解聚丙烯的回收方法。

　　為了尋找催化熱裂解聚丙烯的優良催化劑，作者們注意到了煉油廠用于裂解真空瓦斯油（vacuum gas oil）制備汽油的流化催化裂化（FCC）催化劑。FCC催化劑一般由陶土、氧化鋁、氧化硅、沸石等整合而成，在煉油過程中擔負將重油中的長鏈烷烴裂解為分子量更低的有機化合物。作者們認為既然聚丙烯也屬于長鏈烷烴，則FCC催化劑理論上也能夠用來催化裂解聚丙烯。

　　【文章要點】

　　一、紅外光譜和共焦熒光顯微鏡證明了催化劑中的陶土、氧化硅、氧化鋁等基體部分具有裂解-芳香化功能，而沸石區域則會誘發積碳（coking）過程（圖1）。

　　圖1. FCC催化劑催化熱裂解聚丙烯過程示意圖。圖源：Angew. Chem.

　　二、FCC催化劑在從室溫被加熱到425攝氏度的過程中可將聚丙烯熱分解為多種短鏈烷烴、烯烴和芳香烴等高附加值化工原料。相比于直接加熱裂解聚丙烯，FCC催化劑熱解聚丙烯能得到芳香烴以及更多含四和五個碳原子的有機物（圖2）。

　　圖2. FCC催化劑催化熱分解聚丙烯產物及直接加熱裂解聚丙烯產物隨溫度的分布。圖源：Angew. Chem.

　　三、相比于新制FCC催化劑，煉油廠廢棄的FCC催化劑裂解效果更好，主要表現為積碳量更少。作者們推測廢棄的FCC催化劑相比于新催化劑具有兩個優勢：1）沸石孔道因為使用過程中給累積的碳而難以接觸反應物，從而減少了積碳；2）基底部分在使用過程中沉積了Fe、Ni、V等少量金屬顆粒，而這些金屬顆粒有利于熱裂解聚丙烯，并催化裂解產物芳香化。