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北大馬丁教授，重磅Nat. Chem. Eng.！

來(lái)源：時(shí)間：2024-04-30 16:51:48 瀏覽：1461次

第一作者：Meng Wang、Yongjun Gao、Shaoyu Yuan、Jin Deng

通訊作者：馬丁教授

通訊單位：北京大學(xué)

DOI: 10.1038/s44286-024-00064-y.

研究背景

合成塑料具有低成本和耐久性的優(yōu)點(diǎn)，但塑料廢物的廣泛生產(chǎn)和管理不足對(duì)自然環(huán)境構(gòu)成了重大威脅。合成塑料很難自然降解，大部分塑料垃圾被焚燒或送到垃圾填埋場(chǎng)。除通過(guò)機(jī)械和化學(xué)回收聚合物及其單體外，塑料廢物還可以與化石燃料、生物質(zhì)和CO₂一起，用于生產(chǎn)各種化學(xué)品。科研人員積極開(kāi)發(fā)新的化學(xué)回收方法，將塑料廢物轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的化學(xué)物質(zhì)或燃料，同時(shí)保持其碳含量。然而，現(xiàn)實(shí)生活中的塑料廢物是不同類(lèi)型塑料的復(fù)雜混合物，對(duì)高效回收提出了關(guān)鍵挑戰(zhàn)。基于此，北京大學(xué)馬丁教授等人報(bào)告了一種熱催化方法，使用太陽(yáng)光作為唯一的能源，結(jié)合地球上豐富的鎳基催化劑將日常產(chǎn)生的塑料廢物混合物轉(zhuǎn)化為甲烷和鹽酸鹽。

文章要點(diǎn)

1、作者提出了一種從塑料廢料中回收所有元素的方法，適用于含有聚烯烴、聚酯、聚氯乙烯等聚合物材料的塑料廢料混合物。在固定床反應(yīng)器中，1.03 g塑料混合物，包括PE、PP、PS、PET和PVC，可在Ni/SiO₂催化劑上轉(zhuǎn)化為1.08 g CH₄（收率98%）和0.045 g HCl（收率91%）。PVC中Cl的中毒效應(yīng)可通過(guò)溫度漸變加熱過(guò)程來(lái)減輕，通過(guò)晝夜日照循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2、作者進(jìn)一步表明，Ni催化劑的選擇和晝夜陽(yáng)光循環(huán)驅(qū)動(dòng)的溫度梯度加熱通過(guò)在340 °C左右從催化劑中早期產(chǎn)生/釋放HCl來(lái)保護(hù)催化劑免受Cl中毒，防止了Ni催化劑的聚集，并在高溫（430 °C）下保持了后續(xù)甲烷化步驟的反應(yīng)活性，從而實(shí)現(xiàn)了含PVC的混合廢物的順利轉(zhuǎn)化。本研究為利用太陽(yáng)能等可再生能源回收現(xiàn)實(shí)生活中的塑料廢物確定了一個(gè)方向。

圖文展示

圖1.陽(yáng)光驅(qū)動(dòng)催化塑料廢物完全氫解系統(tǒng)的說(shuō)明

圖2.塑料和乙烷氫解的催化性能

圖3.太陽(yáng)光驅(qū)動(dòng)、程序控溫和恒溫過(guò)程對(duì)塑料的催化轉(zhuǎn)化

圖4.程序控溫下不同塑料催化氫解的質(zhì)譜圖

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