塑料，这一现代工业的奇迹，自20世纪50年代问世以来，已然成为全球日常生活中不可或缺的一部分。然而，它的普及也带来了巨大的环境代价——全球累计生产的83亿吨塑料中，约81%已被丢弃，成为对自然环境的持久威胁。尤其是聚乙烯（PE），作为最广泛应用的塑料之一，因其稳定的C-C键结构，既难以降解，又难以通过传统化学手段有效利用。现有技术如焚烧和高温裂解，虽然可以实现部分资源回收，但伴随而来的高二氧化碳排放和高能耗问题使其难以成为可持续的解决方案。近年来，科学家们逐步将目光转向化学回收技术，希望通过创新的催化体系，不仅降低资源浪费，还能将塑料废料转化为高附加值产品。（图1）然而，聚乙烯复杂的化学结构使其转化面临诸多挑战：高温裂解需要超过500℃的极端条件，现有催化剂多依赖昂贵的贵金属和外加氢气，这些都限制了实际工业化应用的可能性。在此背景下，研究团队设计并开发了一种基于双催化剂体系的“一锅法”转化工艺，能够在温和条件下，将聚乙烯废料高效转化为汽油级碳氢化合物。这一技术不仅节能高效，还避免了传统方法的高成本投入，为塑料回收领域开辟了全新的方向。
图片来源：Chem
本研究开发了一种无溶剂、无贵金属且成本低廉的催化体系，能够在低至240℃的温和条件下，将聚乙烯废料转化为高价值的汽油产品。（图1E）团队提出了一种创新的双催化剂系统：WZr-KIT-6和HZSM-5的协同催化。在这一体系中，WZr-KIT-6通过其独特的Lewis酸和Brönsted酸位点，首先实现对聚乙烯的活化和初步裂解，将长链的聚合物转化为更易于处理的不饱和短链中间体。这些中间体随后转移至HZSM-5上，通过其微孔结构和强酸性位点进行进一步处理，最终生成C4-C12范围的汽油级碳氢化合物。实验过程中，研究团队通过一系列先进的分析技术（如小角中子散射、凝胶渗透色谱和X射线吸收光谱），全面解析了双催化剂的协同机制，并优化了催化体系的性能，成功实现了高达87.7%的汽油产率。
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该研究为塑料废料的资源化利用提供了全新的技术路径。与传统的焚烧和高温裂解相比，这一双催化剂体系具备多重优势：首先，该工艺所需温度仅为240℃，显著降低了能耗要求，同时避免了高温裂解带来的设备负担。其次，体系不依赖昂贵的贵金属催化剂，也无需额外的氢气或溶剂，大幅降低了运行成本。此外，通过WZr-KIT-6和HZSM-5的协同作用，这一技术成功实现了对聚乙烯的高效转化，汽油级碳氢化合物的产率达到87.7%，并且产物具有良好的支链烷烃比例，适用于高品质燃料。更重要的是，这一研究为解决塑料污染问题提供了绿色高效的解决方案。不仅降低了塑料废弃物对环境的威胁，还通过将废塑料转化为高价值燃料，实现了对传统化石能源的部分替代，为实现“碳中和”目标提供了技术支持。
标题：One-pot catalytic conversion of polyethylene wastes to gasoline through a dual-catalyst system
作者：Wanying Han1,4 ∙ Longfei Lin2,3,7* ∙ Ziyu Cen2,3 ∙ Yubin Ke5 ∙ Qian Xu6 ∙ Junfa Zhu6 ∙ Xuelei Mei1,4 ∙ Zhanghui Xia1,4 ∙ Xinrui Zheng1,4 ∙ Yaqin Wang1,4 ∙ Yani Liu1,4 ∙ Mingyuan He1,4 ∙ Haihong Wu1,4,7 * ∙ Buxing Han1,2,3,4,7*
链接：https://doi.org/10.1016/j.chempr.2024.10.007
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