我們在日常生活中随處可見聚乙烯塑膠,從輕便的購物袋到耐用的食品包裝袋,從時尚服飾到建築材料,它的廣泛應用極大地便利了人們的生活需要。與之相随的,是一個不容忽視的問題——廢舊塑膠對環境的污染。
人們對一次性塑膠用品的使用依賴,導緻大量廢棄聚乙烯塑膠被丢棄在自然環境中,這些塑膠廢棄物難以降解,它們在污染環境的同時還威脅着野生動植物的生存,甚至通過食物鍊間接影響着人類的健康。長此以往,會對土壤、水源和生态系統造成不容忽視的負面影響。
那麼,如何才能實作對廢棄聚乙烯塑膠的環保回收和循環利用呢?
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2024年4月9日,中國科學家在《自然-化學》(Nature Chemistry)雜志上發表了一篇關于循環利用聚乙烯制備高品質汽油的文章,有望實作廢棄聚乙烯塑膠的高效利用。
研究成果發表于《自然-化學》雜志。圖檔來源:《自然-化學》雜志
從聚乙烯塑膠到高品質汽油的轉化
廢棄塑膠的資源化利用,不僅可以解決環境污染問題,還能實作資源可持續發展。在廢棄塑膠中,聚乙烯轉化難度很大,其非極性的“碳-碳鍵”在低溫條件下很難實作活化和斷裂。
目前,轉化聚乙烯的主要政策是在高反應溫度(400℃以上)、貴金屬催化劑和外加氫源條件下實作,嚴格的反應條件限制了工業化回收聚乙烯的應用。
基于催化轉化聚乙烯面臨的問題,研究人員利用四丁基氫氧化铵(C16H37NO)作結構導向劑,采用“一步水熱反應”合成具有層狀自支撐結構(LSP)的分子篩進行聚乙烯的催化轉化。
其中,結構導向劑在晶體合成或生長過程中,通過在化學反應中加入特定的配體或添加劑,引導分子組裝形成高度結晶化的有序結構,具有理想的實體和化學性質。層狀自支撐結構(LSP)由陽離子與陰離子通過離子鍵結合形成,具有足夠的強度和穩定性,無須額外支撐就可獨立存在。
介孔孔道介于微孔和大孔,孔徑大小在2-50Nm之間,具有高度有序的結構和豐富的表面活性,對催化劑性能有着重要作用。層狀自支撐分子篩具有更大的比表面積和豐富的介孔孔道,在催化反應中能使反應物充分接觸催化劑,提高反應速率。
與傳統分子篩材料相比,它具有獨特的自支撐結構和更多的強路易斯酸位點。路易斯酸位點是一種化學物質,能夠接受電子對特定位置(或區域),通過吸附和活化反應物實作催化作用。分子篩中的強路易斯酸位點和其具備的形狀選擇性,在催化聚乙烯轉化時能夠發揮關鍵作用,是以,該層狀自支撐分子篩能更好的催化轉化聚乙烯。
催化劑的表征(a.高分辨透射電鏡圖;b.X射線衍射圖;c.氮氣吸脫附等溫圖;d,e.核磁表征結果;f,g.紅外表征結果)。圖檔來源:參考文獻[1]
汽油主要由 C4-C12 範圍的碳氫化合物組成,是烷烴、烯烴和環烷烴混合物。辛烷值是衡量汽油在氣缸内抗爆震能力的數字名額,通常用于評價車用汽油的性能,即汽油品質的高低。
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實驗結果表明,該研究制備的層狀自支撐結構分子篩(LSP-Z100)在 240℃溫度、無外加氫源的條件下,經過4個小時就能實作從高密度聚乙烯到汽油的轉化,産率高達80%。通過檢測其液相産物,C4-C12 組分占比高達99%,支鍊烷烴占比72%,具有較高辛烷值(88.0),可媲美商業汽油辛烷值(86.6)。
以上結果表明,層狀自支撐結構分子篩(LSP-Z100)具備能将聚乙烯催化轉化為高品質汽油的可行性。該研究為解決廢棄聚乙烯塑膠的環境污染問題,以及如何有效實作資源利用提供了新的思考路徑。
高密度聚乙烯在不同催化劑條件下的轉化率和産物收率。圖檔來源:參考文獻[1]
當我們在思考廢棄塑膠對環境造成的污染時,從自身點滴做起,就是環保貢獻的開始。
減少使用日常生活中不必要的塑膠制品(比如一次性吸管、塑膠袋和餐具),促進社會環保意識的提升。垃圾分類也是關鍵一環,将可回收塑膠與其他垃圾分類處理,降低聚乙烯進入自然環境的機會,促進各類資源的循環利用。生态文明,人盡其責。
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