高密度聚乙烯塑料在催化剂的氢呼吸熏染着落解展现图 。
■本报记者 王敏
如今 ，向红新风人们的色传生涯已经离不开塑料 ，小到一根吸管 、染吹大到一辆汽车都需要塑料 。氢呼吸可是向红新风 ，大规模的色传塑料破费在给人们提供利便的同时 ，也给做作界带来了苦难 。染吹处置“红色传染”下场 ，氢呼吸兵临城下 。向红新风
克日 ，色传中国迷信技术大学曾经杰传授课题组在塑料循环降级规模取患上突破性妨碍 。染吹他们妄想出一种“氢呼吸”策略 ，氢呼吸在不用格外削减氢气或者溶剂的向红新风情景下将高密度聚乙烯塑料转化为高附加值的环状烃类 ，为销毁塑料的色传“家养碳循环”提供了新措施 。相关钻研下场克日宣告于《做作-纳米技术》 。
中国迷信院院士 、煤油化工专家何鸣元以为 ，“这项使命怪异地散漫了炼油工业中催化重整以及加氢裂化两个历程的基源头根基理 ，以氢的欠缺失调实现塑料降解新道路，是塑料降解迷信技术的严正突破。”
聚乙烯塑料至关于“固体煤油” ？
聚乙烯塑料是五大通用塑料之一 ，是由乙烯份子相相互连组成的一条长链聚合物 ，每一个链节都由乙烯份子组成 。它的骨架由碳原子相连而成 ，晃动性很高 ，难以做作降解 。
人们普残缺过熄灭或者填埋处置销毁的聚乙烯塑料。而熄灭历程会发生大批的二氧化碳以及有毒气体 ，传染大气情景；填埋的废塑料则需要上千年能耐被降解 ，在这个历程中 ，还会释放微塑料传染土壤以及果真水 。
思考到聚乙烯以及煤油具备相似的化学妄想与组成 ，曾经杰等人想 ，是否直接把聚乙烯当成一种“固体煤油” ，借鉴煤油化工技术 ，用以分解煤油的卑劣化学产物 。
曾经杰介绍，假如这个想法建树，不光可能实用降解销毁塑料 ，减轻对于情景的传染 ，还能高效降级塑料中储量较大的碳资源 。
钻研职员首先把目力聚焦到煤油加工的一个紧张历程——加氢裂化，它可能将长链段的重质油裂解，从而患上到短链的油品 ，如汽油 、煤油以及柴油等 。
钻研职员参照该措施 ，以聚乙烯为质料妨碍加氢裂化试验 ，并顺遂将其转化为汽油馏分的链状烃产物 ，进一步证明了聚乙烯至关于“固体煤油” 。
“正如‘加氢裂化’字面上的意思 ，这个历程需要破费大批氢气，而氢气自己颇为高尚 。此外 ，现有的制氢工艺还会发生碳排放 。”曾经杰说 ，于是他们从改善工艺入手 ，试图在不运用氢气的条件下 ，实现销毁聚乙烯塑料的循环降级 。
新型催化剂实现动态“氢呼吸”
催化重整是煤油加工历程中另一种紧张本领 ，可能将轻汽油馏分转变为富含芳烃的高辛烷值汽油，概况苯、甲苯以及二甲苯等化工质料 ，并发生氢气 。
催化重整历程中发生氢气 ，加氢裂化历程中破费氢气。假如将这两个历程串联并运用于聚乙烯降解，就至关于一边让塑料成环脱氢酿成环状烃“呼”出氢气 ，一边让塑料“吸”入氢气裂解酿成短链 。
曾经杰说 ：“这一策略运用聚乙烯自己的氢原子替换外加的氢气，不光飞腾了老本 ，而且节能减排 ，实现为了氢元素的‘自产自销’ 。”
最紧张的是 ，在这个历程中还可能突破聚乙烯中晃动的碳骨架 ，使份子链段变短 ，而且患上到的产物是环状烃 ，比照链状烃具备更高的价钱。
要实现动态“氢呼吸”策略，找到适宜的催化剂是关键 。
钻研职员赶快想到对于烷烃有高脱氢活性的金属钌 。但试验服从表明 ，对于烷烃催化脱氢下场卓越的钌却在聚乙烯上栽了跟头 ，想象中“呼”出氢气的碳骨架环化历程并无爆发 ，只天生为了极大批的烯烃，剖析仅依赖钌无奈让塑料实现动态的“氢呼吸” 。
曾经杰提出酸性位点可能增长烯烃环化成环状烃 。钻研职员在原有钌催化剂中引入了具备酸性位点的份子筛作为载体 。他们发现，这种新型催化剂可能使聚乙烯顺遂爆发脱氢环化 ，并释放出氢气 ，激发后续的加氢裂化历程。
精准裁剪制成“环状烃”
在份子筛负载的钌催化剂熏染下 ，销毁聚乙烯塑料逐渐被降解 。
当钻研职员抉择差距孔道尺寸的份子筛妨碍催化反映时 ，他们发现 ，孔道过小会使天生的环状烃被卡在孔道中间堵住孔道 ，使反映中断 。而抉择孔道进口较宽的份子筛妨碍催化反映时 ，由于其孔道过大，对于聚乙烯份子的约束能耐较弱 ，导致大批聚乙烯份子未被实用裁剪就脱出 。
为此 ，钻研职员精心筛选具备适宜孔道巨细的份子筛 ，既能使聚乙烯份子在孔道中被精准剪裁成环状烃 ，又不会使产物窒息孔道 ，从而实用增长聚乙烯塑料的循环降级 。
最终 ，在份子筛负载钌催化剂的熏染下 ，经由24小时催化反映 ，高密度聚乙烯塑料的转化率抵达69.6% 。其中，主要降解产物是液体环状烃。
曾经杰介绍 ，环状烃是高附加值的化工品之一 ，可能作为分解药物 、染料 、树脂以及纤维的原质料 ，用途普遍 。
此外 ，钻研职员还发现 ，不论用聚乙烯的粉末 、保鲜膜仍是塑料瓶 ，都可能抵达同样的循环降级下场 。
中国迷信院院士 、中国迷信院化学钻研所钻研员韩布兴评估道：“这项使命将销毁聚乙烯塑料这种情景传染物用于制备煤油基化学产物 ，为销毁塑料的‘家养碳循环’提供了新措施 ，为煤油的部份替换提出了新思绪 。”
“未来 ，咱们将开拓不含贵金属钌的催化剂 ，飞腾催化剂老本，同时引入做作界体量较大且重价易患的共反映物，进一步后退产物的价钱 。”曾经杰说。
相关论文信息 ：
https://doi.org/10.1038/s41565-023-01429-9