中科大研究人員設計出“氫呼吸”策略廢棄聚乙烯變身“固體石油”

6月27日，科技日報記者從中國科學技術大學獲悉，該校合肥微尺度物質科學國家研究中心曾杰教授提出了一種脫氫芳構和氫解串聯的策略，在無需氫氣和溶劑的情況下，可將高密度聚乙烯催化轉化為高附加值的環狀烴。相關研究成果近日發表于《自然·納米技術》。

聚乙烯是五大通用塑料之一，化學結構穩定，難以自然降解。聚乙烯和石油具有相似的化學結構與組成，能否把廢棄聚乙烯當成一種“固體石油”原料，來加工制備石油基下游化學產品？

石油工業中的兩個過程引起了研究人員的注意。一個是短鏈的汽油餾分催化重整得到更高附加值的環狀烴，這個過程會產生氫氣；另一個是重質油加氫裂化制備短鏈烴，這個過程會消耗氫氣。

受此啟發，研究人員設計出了一種“氫呼吸”策略用以降解高密度聚乙烯。他們開發的分子篩負載金屬釕催化劑，可以一邊讓聚乙烯成環脫氫變成環狀烴，“呼”出氫氣，一邊又讓聚乙烯“吸”入其自身釋放的氫氣，并裂解變成短鏈烴。在無需額外添加氫氣或溶劑的條件下，研究人員實現了高密度聚乙烯到環狀烴的循環升級。隨后，研究人員探究了高密度聚乙烯的循環升級反應路徑；高密度聚乙烯在釕或分子篩上發生脫氫形成相應的烯烴和二烯烴中間體，二烯烴中間體在分子篩的酸性位點作用下發生環化，形成相應的環烷烴產物，環烷烴進一步脫氫芳構，最終得到芳烴產物。

經過3輪催化反應，分子篩負載金屬釕催化劑保持了很好的循環穩定性。同時，研究人員將原料從高密度聚乙烯粉末更換為低密度聚乙烯保鮮膜，并進行了相同條件下的催化實驗。結果表明，低密度聚乙烯保鮮膜也能被高效降解，且產物選擇性跟高密度聚乙烯幾乎一致，表明分子篩負載金屬釕催化劑對不同類型的聚乙烯具有一定的普適性。