聚乙烯塑料转化为高品质汽油的研究突破与应用展望

作者段跃初黄艳红

2024 年 4 月 9 日，一则令科学界乃至全球瞩目的消息传来：中国科学家在国际权威杂志《自然 - 化学》（Nature Chemistry）上发表了一篇关于循环利用聚乙烯制备高品质汽油的文章，这一突破性成果，为废弃聚乙烯塑料的高效利用开辟了崭新的道路，有望在解决塑料污染问题与实现资源可持续发展方面产生深远影响。

在当今社会，塑料已经成为人们日常生活和工业生产中不可或缺的材料。然而，随着塑料制品的广泛应用和消费，废弃塑料的数量也与日俱增，给环境带来了沉重的负担。其中，聚乙烯塑料作为最常见的塑料品种之一，其废弃量巨大。由于聚乙烯的化学结构特点，尤其是其非极性的“碳 - 碳键”在低温条件下很难实现活化和断裂，使得聚乙烯的转化和循环利用成为了一项极具挑战性的任务。

长期以来，科研人员一直在努力探索如何有效地将废弃聚乙烯转化为有价值的产品。此次中国科学家的研究成果，无疑是在这一领域迈出的关键一步。他们的研究从聚乙烯塑料到高品质汽油的转化入手，深入探究了相关的化学反应原理和工艺条件。

研究过程中，科学家们充分发挥创新思维，运用先进的实验技术和理论分析方法，对聚乙烯的转化过程进行了精细的调控和优化。通过巧妙地设计反应路径和选择合适的催化剂，成功地实现了聚乙烯分子中“碳 - 碳键”的活化和断裂，并将其转化为高品质汽油的主要成分。

在240℃、无贵金属、无氢气、无溶剂条件下，用废弃聚乙烯塑料制备高品质汽油的回收率可达到80%。中国科学院化学研究所科研人员研制出的新策略，利用层状自支撑分子筛作为催化剂，实现了上述转化过程。该策略中，分子筛催化剂独特的开放骨架三配位铝位点能有效促进废弃聚乙烯化学键活化断裂转化，并且所用的分子筛催化剂可以使部分聚乙烯裂解产物芳构化，从而提供氢源，使得聚乙烯以“自供氢”的方式转化为汽油，无需外加氢源。所制备的汽油中能提升辛烷值的支链烷烃含量是商用汽油的近两倍。

这一成果意义重大。一方面，实现了废弃聚乙烯塑料向高品质汽油的转化，直接减少了塑料垃圾存量。大量难以降解的废弃聚乙烯塑料长期堆积在自然环境中，严重污染土地和水域。将其转化为汽油，能减少环境中的塑料堆积，降低塑料垃圾总量。

其次，降低塑料污染的危害程度。废弃聚乙烯塑料在自然环境中可能会分解成微小颗粒，进入土壤、水体和生物体内，对生态系统和人类健康产生潜在威胁。通过将这些废弃聚乙烯转化为汽油，避免了它们在自然环境中的长期存在与扩散，减轻了对土壤、水源、空气的污染，降低了对生态和人类健康的负面影响。

再者，促进塑料回收体系的发展和完善。该研究成果为废弃聚乙烯塑料的回收利用提供了新方向和经济价值，激励社会各方积极投入塑料回收产业，提高回收效率和质量，从源头减少废弃塑料进入环境。同时，也增强了公众对塑料污染治理的信心和意识，使人们更加重视塑料污染问题，在日常生活中减少塑料使用，合理分类和回收废弃塑料，形成全社会共同治理塑料污染的良好氛围。

此外，这一研究成果还具有广泛的应用前景。随着技术的不断完善和推广，该方法有望应用于大规模的工业生产中，为塑料回收和再利用产业带来新的发展机遇。同时，这也将激发更多科研人员在废弃塑料资源化利用领域开展深入研究，推动相关技术的不断创新和发展。

然而，我们也应该清醒地认识到，尽管这一研究成果取得了重大突破，但要实现其大规模的工业化应用，还需要解决一系列的技术和经济问题。例如，如何进一步提高反应的转化率和选择性，降低生产成本，以及如何建立完善的废弃塑料回收体系等。这些问题需要科研人员、企业和政府部门共同努力，加强合作与创新，才能够实现废弃塑料资源化利用的产业化发展目标。

除了聚乙烯塑料，高密度聚乙烯塑料也可以通过类似的方法转化为高品质汽油。中国科学技术大学曾杰教授课题组设计出的“氢呼吸”策略，能在无需额外添加氢气或溶剂的情况下，将高密度聚乙烯塑料转化为高附加值的环状烃类。另外，废塑料热解油化技术的产油率可达到 80%，未来，或许我们扔掉的每 300 个塑料瓶子，就可以被转化为 3 - 4L 的汽油。

总之，中国科学家在废弃聚乙烯塑料循环利用领域取得的这一成果，是我国科技实力不断提升的有力证明，也是我国在应对全球环境问题和资源挑战方面所做出的积极贡献。相信在不久的将来，随着相关技术的不断发展和完善，废弃塑料将不再是环境的负担，而是成为宝贵的资源，为人类创造更加美好的未来。

让我们共同期待这一技术的广泛应用和发展，为实现绿色、可持续的社会发展目标而努力奋斗