前不久,加州大学圣巴巴拉校区(UCSB)的Susannah L. Scott专家教授等明确提出一种新方式,可将废料高压聚乙烯“一锅”转换为比初始塑胶使用价值高些的商品。她们应用负荷铂的γ-三氧化二铝金属催化剂,在280 ℃下根据串连氢解/芳构化反映将废料高压聚乙烯转换为高使用价值的长链烷基对二甲苯和烷基环烷烃,这种液體或是结晶状物质可进一步用以生产制造表活剂、润滑液、冷媒和变压器油。全部全过程不用有机溶剂和氡气,并且汽体物质非常少。
这一方式为塑胶废料的回收再利用明确提出了一个新的构思,而且具备现代化运用使用价值,对生态环境保护具备关键的实际意义。有关工作中发布在Science 刊物上。为了更好地证实该方式的可行性分析,创作者以低含量的高压聚乙烯(Mw = 3.5 × 103 g mol-1, ? = 1.90)为实体模型,金属催化剂为Pt/γ-Al2O3(Pt 1.5 wt %),在其中Pt纳米颗粒直径1 nm。在一个不需拌和的中小型高压反应釜中,不加上有机溶剂和H2,在280±5 °C溫度下反映 24小时,高压聚乙烯含量骤降,获得液體或是结晶状物质,其他物质为汽体。
根据对热氯仿融解的物质剖析必得他们的摩尔质量关键在10~430 g mol-1范畴内,成份关键为烷基对二甲苯和烷基环烷烃。假如不用金属催化剂,在同样标准下高压聚乙烯不容易溶解;而假如金属催化剂没有Pt纳米颗粒,高压聚乙烯溶解水平降低,物质中不溶解氯仿的成份增加(~60 wt%),更关键的是对二甲苯的占比能够忽略。
该催化反应溶解全过程中形成的汽体主要是氡气和小分子水氮化合物化学物质(如甲烷气体、己烷、丙烷气及其正己烷等),在全部物质中占有率非常少。高压聚乙烯还可以当作是一种长链乙烷,立即将其转换为对二甲苯需要的标准要比自小分子结构烃制取苯、二甲苯、二甲苯(BTX)等要柔和的多。由测算必得,假如在280 ℃和1 atm H2标准下将线形高压聚乙烯转换为烷基对二甲苯,ΔH1° = 246 kJ/mol,ΔG1° = 31 kJ/mol,换句话说,仅产生芳构化在热学上是不好的。那为何试验中高压聚乙烯芳构化又会在这般柔和的标准下产生呢?创作者觉得这要归功于与芳构化串连产生的高压聚乙烯加氢裂化酸解反映(反映2)。
由测算必得,高压聚乙烯中碳碳键氢解的ΔH2° = -49 kJ/mol、ΔG2°=-74 kJ/mol,基础理论上当受骗芳构化生成的氡气有10%被氢解全过程耗费时,反映在热学上就可以从不好变成有益(280 ℃, ΔG°=0)开展。换句话说,高压聚乙烯链自身就可消化吸收芳构化造成的氢,进而推动芳构化反映。
而从试验結果能够发觉,有超出90 wt%的H2被立即耗费,这表明了串连氢解/芳构化的可行性分析。针对多组分金属催化剂Pt/γ-Al2O3的可靠性,创作者开展了三个持续的6钟头反映,金属催化剂收购后用以下一个反映。结果显示,第二次与第一次反映对比液體或是结晶状物质的产出率降低了15%,但是第三次与第二次对比则没有什么转变,证实该金属催化剂具备优良的可靠性。
最终,为了更好地证实该方式在具体运用中的可行性分析,创作者以二种不一样的市面上高压聚乙烯原材料——LDPE塑料袋(Mw=9.45×104gmol-1,?=7.37)和HDPE水瓶塞(Mw=5.35×104gmol-1,?=3.61)为底物开展反映(图2B,4-5)。结果显示,这种较高含量高压聚乙烯的催化反应溶解与先前试验中较低含量高压聚乙烯类似,获得均值碳数约为C30的液體或是结晶状物质。在280°C下反映24小时后,LDPE和HDPE的总液體产出率各自为69wt%和55wt%,烷基对二甲苯可选择性各自为约44mol%和50mol%。
Scott专家教授研究组明确提出一种在Pt/γ-Al2O3催化反应下高压聚乙烯的串连氢解/芳构化反映,可将废料高密度聚乙烯立即转换为高使用价值的烷基对二甲苯和烷基环烷烃。相对性于石油工业中这种烷基对二甲苯的生产工艺流程,该方式更加简易,成本费更低,标准更柔和。这不但有益于塑胶的回收再利用,另外有益于自然环境的维护,具备关键的具体运用发展潜力。
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