真变废为宝！从废塑料到高品质汽油，这种制备新路径产率高达80%

出品：科普中国

作者：石畅（物理化学博士）

监制：中国科普博览

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聚乙烯塑料已经成为我们日常生活中不可或缺的一部分，从轻便的购物袋到耐用的食品包装，从时尚的服装到常用的建筑材料，聚乙烯塑料的广泛应用极大地便利了我们的生活。但是，聚乙烯塑料的使用也带来了一个不容忽视的问题——废旧塑料对环境的污染。

随着一次性塑料用品使用量的增加，大量的废旧聚乙烯塑料被丢弃在自然环境中，这些塑料废弃物难以降解，会对土壤、水源和生态系统造成长期的负面影响。

此外，它们在污染环境的同时，还威胁着野生动植物的生存，甚至通过食物链间接影响人类的健康。那么如何才能实现废旧聚乙烯塑料的环保回收和利用呢？

废弃塑料

（图片来源：veer图库）

2024年4月9日，中国科学家在《自然化学》（Nature chemistry）杂志上发表了一篇关于聚乙烯塑料催化转化制备高品质汽油的文章，有望实现废旧聚乙烯塑料的高值利用。

研究成果发表于《自然化学》杂志

（图片来源：《自然化学》杂志）

聚乙烯变汽油的策略

废弃塑料的资源化利用不仅可以解决塑料对环境的污染问题，同时也可以实现资源的绿色可持续发展。在废弃塑料中，聚乙烯的转化难度很大，其非极性的碳碳键很难在低温条件下实现活化和断裂。

目前已有的聚乙烯转化策略主要是在400℃以上高反应温度、贵金属催化剂和外加氢源条件下实现，严格的反应条件使得这种策略在工业化化学回收聚乙烯的应用方面受到了限制。

基于聚乙烯醇转化策略面临的问题，研究者利用四正丁基氢氧化铵为结构导向剂，采用一步水热反应合成具有层状自支撑结构（LSP）的分子筛进行聚乙烯的催化转化。其中，结构导向剂是在晶体的合成或生长过程中，通过特定的配体或添加剂，在化学反应中引导分子组装形成高度结晶化有序结构，从而得到理想的物理和化学性质。层状自支撑结构是指由阳离子与阴离子通过离子键结合而形成的层状结构，这种结构层间具有足够的强度和稳定性，可以在不需要额外支撑的情况下独立存在。

介孔孔道是指孔径大小在2-50纳米之间的孔道，这些孔道介于微孔和大孔之间，具有高度有序的结构和丰富的表面活性，对催化剂的性能有着重要的作用。该层状自支撑分子筛具有更大的外比表面积和丰富的介孔孔道，在发生催化反应时能使反应物与催化剂充分接触，提高反应速率。路易斯酸位点是指一种化学物质能够接受电子对的特定位置或区域，该位点可以实现反应物的吸附和活化，从而实现催化的作用。该层状自支撑分子筛与传统分子筛材料相比具有独特的自支撑结构和更多的强路易斯酸位点。分子筛中强路易斯酸位点和形状选择性在催化聚乙烯转化时能够发挥关键的作用，因此，该层状自支撑分子筛具有更好聚乙烯催化转化的效果。

催化剂的表征

（a.高分辨透射电镜图；b.X射线衍射图；c.氮气吸脱附等温图；d,e.核磁表征结果；f,g.红外表征结果）

（图片来源：参考文献1）

汽油主要由C4-C12范围的碳氢化合物组成，是烷烃、烯烃和环烷烃混合物。辛烷值是衡量汽油在气缸内抗爆震能力的一种数字指标，通常用于评价车用汽油的性能，汽油的品质与辛烷值正相关。

汽油辛烷值

（图片来源：veer图库）

实验结果表明，该研究制备的层状自支撑结构分子筛（LSP-Z100）在240℃，无外加氢源的条件下，经过4小时就可以实现高密度聚乙烯向汽油的转化，产率超过80%。对其液相产物的检测结果表明，C4-C12组分占比高达99%，支链烷烃占比为72%，具有较高的研究辛烷值（88.0），可媲美商业汽油（86.6）。

以上结果证明了层状自支撑结构分子筛（LSP-Z100）具备将聚乙烯催化转化为高品质汽油的可行性。该研究为解决废弃聚乙烯塑料的环境污染问题以及实现资源有效利用提供了新的路线。

高密度聚乙烯在不同催化剂条件下的转化率和产物收率

（图片来源：参考文献1）

当我们深入思考塑料污染问题时，不难发现，改变往往始于细微之处。在我们的日常生活中，减少使用不必要的塑料制品，比如一次性吸管、塑料袋和餐具等，不仅有助于减少废弃塑料的产生，还能促进整个社会的环保意识提升。

此外，垃圾分类也是减少塑料污染的关键一步。将可回收的塑料与其他垃圾分开，确保它们得到正确地处理，这样不仅可以减少塑料进入自然环境的机会，还能促进资源的循环利用。

垃圾分类

（图片来源：veer图库）

参考文献：

1.Cen, Z., Han, X., Lin, L. et al. Upcycling of polyethylene to gasoline through a self-supplied hydrogen strategy in a layered self-pillared zeolite[J]. Nature Chemistry, 2024.

2.谢煜斐,王琪,曾军民,等.废弃聚乙烯塑料回收再生应用的研究进展[J].塑料科技, 2022.

3.张金庆,郭明,张远文,等.废聚乙烯塑料裂解制燃料的研究进展[J].石化技术, 2022.

4.Gautam K R .A Novel Process of Converting Polyethylene to Gasoline, Middle Distillate and Heavy Oil through Hydropyrolysis Route[J].International Journal of Energy Engineering, 2013.