將廢棄塑料升級為高附加值芳香烴參考資料：ShengmingLi,etalplasticstovalue-adde公眾號烴資源評價加工與利用目錄塑料污染與化學回收的必要性塑料的普及與環境問題塑料自20世紀50年代以來被廣泛使用，因其價格低廉、使用方便和化學穩定性強等特點，在日常生活中無處不在。然而，塑料的化學穩定性使其難以自然降解，導致土壤和水污染，侵占生物棲息地，給環境帶來巨大挑戰。據預測，到2050年，全球塑料年產量將達到5億噸，其中超過80%的塑料廢棄物將被填埋或焚燒，這進一步加劇了環境問題。面對日益嚴重的塑料污染問題，化學回收技術作為一種有效的解決方案應運而生。化學回收通過將高分子量的聚合物化學轉化為高附加值的小分子化合物，不僅有助于減少塑料廢棄物對環境的影響，還能實現資源的循環利用。例如，通過催化加氫反應，可以將聚烯烴轉化為液體柴油和固體石蠟。這些小分子化合物可作為多種化學反應的原料，具有顯著的經濟價值，因此在工業領域受到廣泛關注。芳香烴的經濟價值與傳統生產方法的局限性芳香烴化合物，如苯、甲苯和二甲苯(BTX),是汽油的重要組成部分，同時也是生產表面活性劑的線性烷基苯(LABs)的關鍵原料，具有巨大的經濟價值。目前，芳香烴的生產主要依賴于高溫裂解汽油重整，這一過程需要在500℃至600℃的高溫下進行，并且需要使用線性烯烴(通常為C10-C16)和液體氫氟酸或AICl3-HC作為酸催化劑。這種酸催化過程對設備的耐久性提出了嚴峻挑戰，同時，生產環烷烴還需要在額外的氫氣存在下對LABs進行加氫反應一復雜的工藝條件無疑增加了生產成本。了生產成本。聚烯烴升級為芳香烴熱解過程與機制熱解是一種將聚烯烴轉化為芳香烴的方法，通過在高溫下使聚烯烴發生隨機的C-C鍵斷裂，生成烷烴、烯烴和芳香烴等產物。在熱解過程中，高溫引發自由基鏈反應，導致C-C鍵斷裂，形成烷基自由基。這些自由基隨后通過氫轉移反應生成烷烴或烯烴，其中一部分烯烴會經歷異構化和重排反應，最終通過環化反應形成芳香烴。熱解過程雖然能夠有效地降解和再利用廢棄塑料，但存在反應溫度過高和芳香烴選擇性低的問題，限制了其進一步發展。為了降低反應溫度并提高芳香烴的選擇性，催化熱解成為聚烯烴降解的主要途徑。通過在熱解過程中引入合適的催化劑，可以顯著改善聚烯烴的降解效果。常用的催化熱解催化劑包括ZSM-5、MCM-41、HY、USY等分子篩和沸石催化劑，這些催化劑具有特定的酸性，尤其是Bronsted酸性，對于誘導C陽離子的生成至關重要。催化熱解過程中，聚烯烴的芳構化反應主要包括C-H鍵活化生成烯烴中間體、烯烴中間體擴散至Bronsted酸位點形成碳陽離子、分子鏈環化生成環烷烴、環烷烴脫氫生成芳香烴以及產物的脫附等步驟。然而，嚴重的積炭問題仍然是催化熱解面臨的挑戰之一，盡管如此，沸石催化劑因其成本低、酸性強、孔結構可調和形狀選擇性好等優點，在石油化工領域仍受到青睞。為了進一步提高聚烯烴芳構化反應的效率和選擇性，研究人員在催化劑設計和反應條件優化方面進行了大量工作。例如，Chen等人通過在HZSM-5沸石上引入Zn修飾，顯著提高了BTX的產率。研究表明，催化劑中的[ZnOH]+和橋接Zn2+物種有效降低了擴散阻力，減少了芳香烴的分支程度。理論計算表明，Zn物種的引入不僅增強了C-H鍵活化能力，還通過改變催化劑的酸性提高了C-C鍵斷裂能力，實現了更高的BTX產率。此外，將活性金屬負載在固體酸催化劑上構建金屬-固體酸雙功能復合催化劑，已被證明是實現聚烯烴低溫催化芳構化的有效策略。在這種設計中，金屬通常作為脫氫/加氫催化劑，激活C-H鍵，而固體酸催化劑則負責斷裂C-C鍵。金屬和酸位點之間的協同作用可以顯著降低聚烯烴降解反應所需的溫度，與熱解和催化熱解反應相比，加氫裂解反應能夠在更溫和、更短的反應條件下高效降解聚烯烴，展現出在聚烯烴芳構化過程中實現更高能源效率和過程控制的潛力。O金屬-固體酸雙功能催化系統金屬與固體酸的協同作用化系統通過金屬和固體酸位點的協同作用，實現鍵的斷裂和環化反應。這種協同作用不僅降低了反應溫度，還提高了芳香烴的選擇性。燃料。當反應在惰性氣體氛圍中進行時，由于金續的加氫反應，因此更多的烯烴中間體與酸性位烷烴。這些環烷烴隨后返回到金屬位點進行脫氫在對聚烯烴降解產物的選擇性具有顯著影響。低溫催化芳構化技術發展近年來，研究人員致力于開發低溫聚烯烴芳構化催化劑，以降低能源消耗和提高催化劑穩定性。例如，Scott等人成功實現了在280°℃的低溫下，使用Pt/g-Al2O3催化劑將聚乙烯轉化為烷基芳香烴，且在三個反應循環后催化劑未出現顯著失活現象。該研究提出了聚烯烴氫化/芳構化的能量級聯機制，認為聚烯烴的氫化反應是放熱反應，而聚乙烯的芳構化反應是吸熱反應，通過利用芳構化反應產生的H2進行氫化反應，可以使系統接近熱中性，實驗結果表明，該串聯反應具有可行性，超過90%的生成H2被消耗此外，Zeng等人通過在ZSM-5上負載活性金屬Ru,在無額外氫氣和溶劑的條件下，實現了70%的HDPE轉化率，烷基芳香烴的選擇性達到60.3md%。該反應主要通過三個步驟進行：HDPE在Ru或分子篩上發生脫氫反應，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上發生環化反應，生成環烷烴產物：環烷烴進一步脫氫芳構化，最終生成芳香烴。通過減壓蒸餾過程，可以高效提取烷基芳香烴，這一研究為聚端烴的任溫芳構化捍供了新的思路。催化劑穩定性與選擇性優化在聚烯烴芳構化過程中，催化劑的穩定性和選擇性是影響反應效率的關鍵因素。為了提高催化劑的穩定性，研究人員對催化劑的活性金屬進行了多種改性，包括調整顆粒尺寸分布、電子結構、幾何構型、晶面取向、配位環境等。同時，通過控制固體酸的酸性，可以有效抑制積炭的形成，從而提高催化劑的抗積炭能力。例如，Zhang等人通過在Zn·ZSM-5和Cu-Fe304催化劑的作用下，成功實現了PE和CO2的共轉化，生成的芳香烴選擇性高達64.0wt%、該研究提出，CO2的引入可以利用PE芳構化過程中產生的過量H2生成CO,從而減少H2轉移反應產生的輕烷烴，促進芳番烴的生成。此外，該反應體系未使用傳統的貴金屬催化劑，為未來非貴金屬催化聚烯烴芳構化的發展奠定了基礎。在未來的研究中，需要進一步深入研究催化劑的活性金屬與固體酸位點之間的相互作用機制，優化催化劑的結構和組成，以實現更高效、更穩定的聚烯烴芳構化反應。同時，還需要探索新的反應體系和工藝條件，以降低反應成本，提高反應的繹濟性和可持續性。催化劑改性策略設計中，金屬通常作為脫氫加氫催化劑，激活C-H鍵Ru/Nb205催化劑在相對溫和的條件下(200℃,0.3MPa)表現出優異的性能，實現了95.2%的單體產率和87.1%的芳香烴選擇性。O非貴金屬催化劑的應用例如，Yan等人使用Co/TiO2催化劑在340°和3MPa的條件下實究的重點之一。與其他可再生能源技術的結合，如太陽能、化學回收技術作為一種有效的塑料廢棄物處理方法，近年來取得了顯著的進展。通過將廢棄塑料轉化為高附加值的化學品和燃料，不僅可以減少塑料廢棄物對環境的影響，還可以實現資源的循環利用。例如，聚烯烴和聚酯等塑料的化學回收技術已經取得了重要的突破，通過開發高效的催化劑和優化反應條件，可以實現廢棄塑料的高效轉化。這些技術的發展為塑料廢棄物的資源化利用提供了重要的技術支持。盡管化學回收技術取得了顯者的進展，但仍面臨一些挑戰。例如，反應機制的復雜性、反應條件的控制以及催化劑的穩定性等問題，限制了化學回收技術的進一步發展。此外，化學回收過程中的能源消耗和成本問題也是需要解決的關鍵問題。如何在保證反應效率和選擇性的前提下，降低能源消耗和成本，是當前研究的重點之一隨著對化學回收技術研究的不斷深入，未來的發展方向將集中在提高反應效率、降低能源消耗和成本以及例如，通過深入研究反應機制，開發高效的催化劑和優化反應條件，可以進一步提高化學回收過程的效率和選擇性。同時，結合可再生能源技術，如太陽能、風能等，可以進一步降低化學回收過程中的能源消耗，提高回收過程的可持續性。此外，研究人員還將探索化學回收技術與其他環保技術的結合，如生物降解技術等。通過綜合利用多種技，術手段，可以實現塑料廢棄物的高效處理和資源化利用，為解決塑料污染問題提供更全面的解決方價可持續發展是當今社會面臨的重要課題，旨在實現經濟、社會和環境的協調發展。在塑料廢棄物處理領域，可持續發展意味著在減少塑料廢棄物對環境影響的同時，實現資源的高效利用和經濟的可持續增長。例如，通過化學回收技術將廢棄塑料轉化為高附加值的化學品和燃料，不僅可以減少塑料廢棄物對環境的影響，還可以創造經濟價值，推動相關產業的發展。這種資源循環利用模式符合可持續發展的理念，具有重要的現實意義。隨著對可持續發展理念的不斷深入，未來的發展方向將集中在開發高效、環保的塑料廢棄物處理技術和推動資源循環利用模式的廣泛應用方面。例如，通過開發新型化學回收技術和催化劑，可進一步提高