魏 晗，劉明杰，周 航，蘇寶根，楊亦文*

(1.浙江大學(xué)化學(xué)工程與生物工程學(xué)院,浙江 杭州 310027; 2.浙江大學(xué)衢州研究院,浙江 衢州 324000)

塑料自1907年問世以來，因其優(yōu)異的性能和良好的化學(xué)穩(wěn)定性被廣泛應(yīng)用于包裝業(yè)、制造業(yè)和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域[1]。全球塑料生產(chǎn)量和使用量逐年增長，但廢棄塑料的處理仍十分局限。每年全球產(chǎn)生的廢棄塑料可達3億噸，其中僅有9%的廢棄塑料被回收利用，12%的廢棄塑料被焚燒處置，還有79%的廢棄塑料被填埋或遺棄于自然界中。因塑料的高度穩(wěn)定性，這些填埋塑料需長達200～500年才能自然降解，造成了嚴重的環(huán)境污染和碳資源的浪費。同時，自然降解產(chǎn)生的微塑料會進入生態(tài)循環(huán)中給全球生態(tài)和人類健康造成不可逆的損害[2-4]。截止到2015年底全球塑料累積量已達83億噸，其中，聚烯烴塑料(包括聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯)占比超過一半，對其進行環(huán)保有效的處理成為一大挑戰(zhàn)[5]。焚燒、填埋和回收造粒等傳統(tǒng)處置方法，既會污染環(huán)境，又會對碳資源造成嚴重浪費[6-7]。將廢棄聚烯烴塑料轉(zhuǎn)化為高價值產(chǎn)品，則能極大提高廢棄塑料處理和轉(zhuǎn)化效率[8]。目前，廢棄聚烯烴塑料催化轉(zhuǎn)化可以分為催化熱解法、加氫催化法以及光催化法(見圖1)。本文總結(jié)塑料化學(xué)轉(zhuǎn)化的最新進展，歸納不同轉(zhuǎn)化路徑的特點，對聚烯烴塑料裂解的發(fā)展路徑提出建議與展望[9-12]。

圖1 目前將廢棄塑料催化轉(zhuǎn)化為燃料的路線Figure 1 Current routes for converting waste plastics to fuels

1 催化熱解

聚烯烴塑料熱解回收是目前應(yīng)用最為廣泛的方法之一，可分為直接熱解法和催化熱解法。直接熱裂解是在無氧條件下利用外加強熱克服聚烯烴塑料中C—C鍵斷裂所需活化能，這種裂解方式所需溫度高，能耗高，且產(chǎn)物很難具有選擇性，通常產(chǎn)物受熱力學(xué)控制，碳數(shù)分布廣(C1～C60)，主要集中于氣體輕烴和固體蠟[13-16]。受限于熱力學(xué)選擇性，該方法難以實現(xiàn)高附加值燃料范圍液體的選擇性制備，因此近幾年塑料直接熱裂解的研究未能取得較大進展。

催化熱解法即在熱解過程中加入催化劑，通過改變反應(yīng)所需的活化能以及調(diào)控反應(yīng)動力學(xué)等方式，可以有效的實現(xiàn)聚烯烴塑料向窄分布碳氫化合物的轉(zhuǎn)化，從而制備例如汽油、柴油級別的燃料產(chǎn)品[17-19]。其中，催化劑孔結(jié)構(gòu)、位點分布和表面酸堿度等起至關(guān)重要的作用[20-22]。塑料催化熱解使用的催化劑種類繁多，可以分為以下幾類，即沸石分子篩、活性炭、氧化物及堿性碳酸鹽等[23-25]。

1.1 沸石分子篩

沸石分子篩是一類由Si/Al組成的具有有序孔道的固體酸催化劑，被廣泛應(yīng)用于汽油的催化重整以及重油的裂解過程中[26-28]?；诜惺肿雍Y對C—C鍵獨特的催化活性，其在控制塑料熱解產(chǎn)物的選擇性上有著潛在的優(yōu)勢。沸石分子篩促進的聚烯烴熱解過程通常認為是正碳離子機理[29]，首先通過熱解產(chǎn)生長鏈烴，接著較長聚合物鏈在催化劑的酸性位點或其他碳正離子的作用下發(fā)生β-斷裂反應(yīng)，最終形成特定碳數(shù)的氣、液產(chǎn)物，進而從沸石分子篩表面脫附，實現(xiàn)對熱解產(chǎn)物的選擇性調(diào)控。

目前，利用沸石分子篩催化塑料裂解為高價值燃料產(chǎn)品仍處在探索階段，其中USY、HZSM-5、HY等沸石分子篩催化劑顯示出良好的催化活性。Hernandez M D等[30]初步探究了沸石分子篩對塑料熱解過程的影響。研究結(jié)果表明，相比于無催化劑的條件，使用HZSM-5或HUSY等沸石分子篩作為催化劑時，芳烴和支鏈烷烴的產(chǎn)率增多，奠定了沸石分子篩催化熱解塑料的基礎(chǔ)?；诖?，Artetxe M等[31]進一步探究了HZSM-5分子篩的構(gòu)效關(guān)系，他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)降低HZSM-5分子篩的SiO2與Al2O3比，即提高HZSM-5分子篩的酸性時，其裂解HDPE活性越高，輕質(zhì)烯烴的選擇性越高。當(dāng)SiO2與Al2O3比例從280降低到30時，輕質(zhì)烯烴的產(chǎn)率從35.5%提高到58.0%，同時芳烴和苯含量增加，產(chǎn)物具有較高的辛烷值。增強沸石分子篩表面酸性有利于促進活潑中間體(碳正離子)產(chǎn)生，提高聚合物長鏈的轉(zhuǎn)化程度。但若催化劑表面酸性太強，聚合物長鏈易發(fā)生深度裂化，導(dǎo)致液態(tài)烴收率降低，加劇積炭生成。安杰等[32]通過堿處理降低ZSM-5分子篩的酸性，發(fā)現(xiàn)酸性降低可有效抑制中間體的進一步裂解，汽油餾分收率達62%，其中芳烴、異構(gòu)烷烴、烯烴分別占54.4%、14.5%和17.3%，辛烷值RON>96。因此，適宜的催化劑酸性有利于提高液體燃料的收率及品質(zhì)。

Manos G等[33]研究發(fā)現(xiàn)催化劑的多孔結(jié)構(gòu)與裂解產(chǎn)物的分布之間存在明顯關(guān)系，大孔的Y和β沸石，烷烴是主要產(chǎn)物，烯烴和芳烴較少；中孔絲光沸石和ZSM-5則產(chǎn)生更多、分子量更小的烯烴，這是因為二次雙分子反應(yīng)受到中孔結(jié)構(gòu)的阻礙，導(dǎo)致作為初級產(chǎn)物的烯烴含量更高。研究結(jié)果還表明傳質(zhì)過程對于沸石分子篩參與的塑料熱解過程有明顯影響，該結(jié)論在后續(xù)的工作中被證實。Neves I等[34]研究發(fā)現(xiàn)，具有三維連通孔道結(jié)構(gòu)和(2～50) nm孔徑的新型介孔分子篩Al-TUD-1催化裂解廢塑料的效果優(yōu)于具有一維孔道的MCM-41分子篩。相較于HY分子篩，Al-TUD-1分子篩的大孔徑提高了產(chǎn)物選擇性，表觀活化能更低，在廢塑料催化裂解制燃料的應(yīng)用方面潛力較大。Susastriawan A A P等[35]報道了在低溫下使用不同尺寸的沸石(直徑分別為1 mm、2 mm和3 mm)對LDPE催化裂解的影響。實驗發(fā)現(xiàn)，較小的沸石尺寸提高了傳熱速率、熱解溫度、反應(yīng)速率和油的收率。

催化聚烯烴塑料熱裂解這一轉(zhuǎn)化途徑，反應(yīng)溫度較低，沸石分子篩抗積碳性能好，且多樣的孔道結(jié)構(gòu)以及可調(diào)的表面酸性，可以提高塑料裂解的轉(zhuǎn)化效率和產(chǎn)物選擇性。但目前使用沸石催化劑只能最大限度地提高氣體烴類的產(chǎn)量，難以提高含汽油、柴油等液體餾分的產(chǎn)量。若能更好的了解聚合物長鏈在沸石分子篩孔道中的行為，調(diào)控活性中間體的傳質(zhì)和反應(yīng)速率，則有望實現(xiàn)塑料向特定碳氫化合物的定向轉(zhuǎn)化。

1.2 活性炭

圖2 將廢棄塑料轉(zhuǎn)化為運輸噴氣燃料的擬反應(yīng)路線[40]Figure 2 The proposed reaction route of converting waste plastics into transportation jet fuel[40]

1.3 其他催化劑

無定型SiO2-Al2O3、CuO等氧化物也可以催化塑料裂解[41-42]。固體酸催化劑表面的酸位點決定了塑料催化裂解的性能。Moqadam S I等[43]在半間歇式反應(yīng)器中使用SiO2-Al2O3催化劑對PS進行催化裂解，其表面Br?nsted酸位點是反應(yīng)的活性中心，主要產(chǎn)物為苯乙烯，選擇性大于99%。同時研究了不同溫度對PS裂解性能的影響，溫度升高有利于C—C鍵斷裂，苯乙烯產(chǎn)率增加。與固體酸催化機理不同，堿金屬氧化物上的活性堿性位點會進攻聚合物鏈上的氫原子，形成碳負離子，然后發(fā)生β-斷裂生成輕烴。過渡金屬氧化物也有大量堿性位點，Nisar J等[44]使用自制CuO在惰性氣氛下催化PS裂解，在400 ℃最佳溫度下，氣體產(chǎn)物為C1～C4的烷烴烯烴，液體產(chǎn)物為C3～C24的碳氫化合物，液體產(chǎn)率高達87.34%，將所得液體油的特性與化石燃料的標(biāo)準(zhǔn)值進行比較，發(fā)現(xiàn)密度和運動粘度與煤油相似，酸值與汽油一致，若將所得液體油混合物進一步精煉，則有實際應(yīng)用前景。

此外，有研究使用金屬碳酸鹽作為催化劑進行塑料裂解。Singh M Y等[45]使用CuCO3將廢棄HDPE轉(zhuǎn)化為液態(tài)烴燃料。研究表明，CuCO3在反應(yīng)器中受熱裂解為CuO，其在堿性位點作用下通過碳負離子機制斷裂HDPE的C—C鍵，液體產(chǎn)率最高可達94%，輕質(zhì)氣體產(chǎn)率為5.64%。使用堿式碳酸鈷(CoCO3)也可以將HDPE轉(zhuǎn)化為碳氫燃料，烯烴、烷烴含量高，芳烴含量低[46]。

催化熱解所得液相產(chǎn)品顏色深、氣味重，烴類產(chǎn)物分布較寬，需通過純化處理以提升其品質(zhì)。尹航等[47]以聚烯烴熱解后產(chǎn)生的塑料油為原料，使用Zr/γ-Al2O3-HY對其進行加氫精制處理，在溫度210 ℃、H2壓力6.0 MPa和氫油比為800∶1的條件下，柴油收率高達83.0%，各項指標(biāo)均達到柴油標(biāo)準(zhǔn)，可直接應(yīng)用于市場。張毓瑩等[48]對高密度的聚烯烴塑料裂解油進行分餾，所得重組分經(jīng)過加氫處理得到優(yōu)質(zhì)柴油產(chǎn)品，輕組分則為高辛烷值的汽油產(chǎn)品。對較低密度的聚烯烴塑料裂解油全餾分進行加氫，再經(jīng)分餾得到柴油產(chǎn)品。

從上述研究可知聚烯烴塑料催化熱解使用的催化劑種類繁多，且大多利用酸性位點促進聚合物C—C鍵斷裂，催化熱解相較于直接熱裂解法在很大程度上降低了反應(yīng)所需溫度，提高了烴類產(chǎn)率，但仍存在產(chǎn)物碳數(shù)分布廣等問題。因此，需要根據(jù)塑料催化熱解機理進一步研究催化劑結(jié)構(gòu)、活性位點等，設(shè)計出與聚合物結(jié)構(gòu)更匹配的催化劑。

2 加氫催化

催化熱解法通過酸催化產(chǎn)生碳正離子，從而促進聚合物中C—C鍵的斷裂。該催化過程不可避免的會產(chǎn)生碳化、燒結(jié)等問題，極大降低了催化劑的壽命和性能，將氫氣引入催化裂解，不僅可以有效解決催化劑積碳問題，還可以提高汽油柴油餾分液體的收率和選擇性，同時解決了液體油純化難題。近年來塑料的加氫催化裂解受到了廣泛的關(guān)注，表1列出了不同催化劑催化氫解聚烯烴的性能對比。

表1 不同催化劑催化氫解聚烯烴的性能對比Table 1 Performance comparison of different catalysts for hydrogenolysis of polyolefins

Abbas-Abadi等[49]證明了塑料催化裂解中引入氫氣可以極大提高液體燃料產(chǎn)率。在不同反應(yīng)氣氛下對PP進行裂解，相較于氮氣、氦氣、氬氣、乙烯、丙烯等氣體，在氫氣氣氛下，液體(C3～C14)產(chǎn)率高達96.7%。Dufaud V和Basset J M[50]研究表明，SiO2-ZrH可以將C20～C50的碳氫化合物和高分子量(Mw=125000 Da)PE轉(zhuǎn)化為燃料和短鏈烴，然而過度氫解會導(dǎo)致產(chǎn)物進一步的轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生甲烷、乙烷、丙烷和丁烷等氣態(tài)輕烴。氫氣的引入促進了碳正中間體在催化劑表面的脫附過程，抑制了低碳烴的生成，提高了液體產(chǎn)物的選擇性。金屬-載體間的相互作用能夠很好的調(diào)控催化劑性能，過渡金屬負載的催化劑是塑料氫解常用的催化劑。在加氫催化過程中，Ni、Fe催化劑[51]優(yōu)先攻擊由塑料熱解產(chǎn)生的分子鏈末端，而Pt、Ru催化劑優(yōu)先攻擊鏈的中心鍵，因此貴金屬催化劑裂解塑料獲得的油品波動程度更小、品質(zhì)更高?；诖?，近幾年塑料氫解中貴金屬負載的催化劑研究更為廣泛，貴金屬催化位點可以實現(xiàn)在相對溫和的反應(yīng)條件下獲得較高的產(chǎn)率和液體產(chǎn)物選擇性。

2.1 Pt基催化劑

Pt在生產(chǎn)高質(zhì)量的液體產(chǎn)品和抑制過度氫解生成輕烴方面起著關(guān)鍵作用。Celik G等[52]使用Pt/SrTiO3催化劑，在無溶劑和H2壓力2 MPa條件下，300 ℃反應(yīng)96 h，可將不同分子量的PE(Mn=8 000～158 000 Da)轉(zhuǎn)換成潤滑油和石蠟油等液體產(chǎn)品，產(chǎn)率為42%～97%。研究證明，在反應(yīng)過程中，PE分子鏈與催化劑表面的Pt納米粒子優(yōu)先結(jié)合進行選擇性氫化反應(yīng)。同時，Pt納米粒子表面更多的低配位點抑制了聚合物的過度氫解，避免了輕烴的生成。

Tennakoon A等[53]設(shè)計出一種介孔殼/活性位點/核心的新型結(jié)構(gòu)催化劑，具有催化活性的Pt納米粒子位于納米孔的末端，PE長鏈通過孔隙與Pt納米粒子接觸，聚合物鏈被選擇性的切斷，由于小分子與催化劑之間的弱相互作用，小分子產(chǎn)物被解吸和釋放(見圖3)。合成的mSiO2/Pt/SiO2催化劑在溫度250 ℃，H2壓力1.38 MPa下，將PE裂解為碳數(shù)分布窄的、可調(diào)控的烷烴產(chǎn)物，總產(chǎn)率可達25%，其中含有5.64%的C5～C14和18.4%的C11～C36，而使用類似的無孔Pt/SiO2催化劑，液體產(chǎn)率大幅降低。因此，合適的催化劑結(jié)構(gòu)可以使聚合物長鏈保持在催化位點處，進一步提高催化速率，同時，在窄孔內(nèi)放置催化位點可以排除LDPE等大的非線性分子。此項研究，為塑料裂解過程中催化劑的設(shè)計提供了新思路，通過催化劑結(jié)構(gòu)的改進，提高催化劑和聚合物結(jié)構(gòu)的匹配程度，進一步提高反應(yīng)速率及液體產(chǎn)物的選擇性。

圖3 mSiO2/Pt/SiO2催化PE解聚的過程機制[53]Figure 3 Process mechanism of mSiO2/Pt/SiO2 catalyzing PE depolymerization[53]

聚合物長鏈在催化劑表面的傳質(zhì)過程決定了催化裂解的選擇性，因此單一催化劑難以同時實現(xiàn)塑料裂解的高轉(zhuǎn)化率及高選擇性，而兩種催化劑的協(xié)同作用可以有效解決這一難題。Liu S B等[54]使用Pt/WO3/ZrO2和HY分子篩進行串聯(lián)催化反應(yīng)，在225 ℃的低溫下反應(yīng)2 h，產(chǎn)率高達85%，包含汽油、柴油、航空燃油等液體產(chǎn)物。PE長鏈?zhǔn)紫仍赑t納米粒子上被活化，隨后在WO3/ZrO2和HY分子篩的酸性位點上裂解，在Pt/WO3/ZrO2位點上進一步異構(gòu)化，形成較大的烯烴或烷烴中間體，接著中間體擴散到HY沸石中，裂解形成更小的烯烴(見圖4)。

圖4 Pt與沸石酸性位點緊密接觸時的反應(yīng)選擇性[54]Figure 4 Reaction selectivity in case of intimate contact between Pt particles and zeolite acid sites[54]

與之前的研究相比發(fā)現(xiàn)，為了能夠在低溫下產(chǎn)生較高產(chǎn)率的液體，催化劑的協(xié)同作用十分重要。因此，與較慢的單活性位點氫解相比，酸和金屬位點之間的平衡對塑料串聯(lián)催化氫解起至關(guān)重要的作用。

在塑料催化氫解過程中，所需氫氣也可以在反應(yīng)過程中產(chǎn)生并加以有效利用。Zhang F等[55]報道了一種在沒有溶劑和外加氫氣的情況下將放熱氫解與吸熱芳構(gòu)化耦合的串聯(lián)催化反應(yīng)。在Pt/γ-Al2O3催化下，280 ℃反應(yīng)24 h，可以將PE轉(zhuǎn)化為低分子量的液體或蠟產(chǎn)品，并且產(chǎn)生少量輕烴氣體。其中，芳構(gòu)化產(chǎn)生的微量氫氣將聚合物鏈氫解轉(zhuǎn)化為有價值的長鏈烷基芳烴和烷基環(huán)烷烴，具有較高的產(chǎn)率和選擇性。反應(yīng)過程中氫氣壓力起著至關(guān)重要的作用，氫氣壓力必須足夠高以確保聚合物C—C鍵的持續(xù)斷裂，但又必須足夠低以避免所形成的芳烴被過度氫化。

2.2 Ru基催化劑

Rorrer J E等[56]在溫度200 ℃，H2壓力2 MPa的最佳條件下，使用5%Ru/C催化劑反應(yīng)16 h,可將PE轉(zhuǎn)化為液體正構(gòu)烷烴，產(chǎn)率高達45%，其余產(chǎn)物為輕烷烴氣體(C1～C6)(見圖5)。通過調(diào)控溫度、氫氣壓力和反應(yīng)時間，以控制產(chǎn)品分布和選擇性，隨著氫氣壓力的增加，氣體相對于液體和固體的產(chǎn)率增加,表明從固體烷烴(>C45)到液體烷烴(C8～C45)，最后到氣體烷烴(C1～C7)的順序轉(zhuǎn)變。如在225 ℃下，延長反應(yīng)時間，LDPE塑料瓶能以幾乎100%的選擇性轉(zhuǎn)化為CH4。Nakaji Y等[57]使用Ru/CeO2催化劑在200 ℃，H2壓力2 MPa條件下將LDPE氫解為C5～C21的液體燃料和C22～C45的蠟，收率分別為77%和15%。研究人員推測較低的C—C鍵斷裂的自由能壘是Ru/CeO2在LDPE氫解中具有高催化活性的原因。Kots P A等[58]研究PP的加氫催化裂解，不同金屬(Pd、Rh、Ir、Ni、Pt、Ru)負載TiO2作為催化劑，其中Ru/TiO2的活性最高，有80%的PP轉(zhuǎn)化為潤滑油。研究表明，聚丙烯在Ru/TiO2表面發(fā)生動態(tài)吸脫附和內(nèi)部C—C鍵斷裂，進而生成潤滑油范圍的碳氫化合物。Ru表面對反應(yīng)中間體的親和力較低，在C—C鍵斷裂后更易釋放到熔體中，因此具有更好的催化活性。

圖5 Ru/C將PE氫解為液態(tài)烷烴的過程[56]Figure 5 The process of hydrogenolysis of PE into liquid alkanes on Ru/C[56]

上述均是無溶劑條件下將塑料轉(zhuǎn)化為高價值燃料，而Jia C H等[59]同樣以Ru/C作為催化劑，研究不同的液體溶劑對HDPE裂解的影響。在溫度220 ℃、H2壓力3 MPa、正己烷溶劑中反應(yīng)1 h，約有90%的HDPE轉(zhuǎn)化為C8+液體，其中，噴氣燃料和潤滑油組分的碳氫化合物最大產(chǎn)率分別為60.8%和31.6%。通過調(diào)整反應(yīng)條件來調(diào)控產(chǎn)物分布，如果催化劑負載量提高、反應(yīng)溫度升高或反應(yīng)時間延長，反應(yīng)過程中會發(fā)生過度裂解，導(dǎo)致低價值的短鏈烴產(chǎn)率增多。同時，溶劑也深刻影響裂解反應(yīng)動力學(xué)和產(chǎn)物選擇性。HDPE在溶劑中的溶解能力是影響解聚的關(guān)鍵因素，HDPE在水中裂解很慢，是因為它在極性溶劑中的溶解度很低。而在非極性烴類溶劑中，正己烷是HDPE溶解、解聚的最佳有機溶劑。因此，將塑料先溶于合適的溶劑中，再進行催化裂解，可以加大催化劑與塑料的接觸面積，進一步提高反應(yīng)速率。

由上述研究可知，相較于塑料熱催化裂解，塑料加氫催化反應(yīng)均一定程度的降低了反應(yīng)溫度，反應(yīng)條件較溫和，同時提高了汽油柴油等高價值燃料的轉(zhuǎn)化率及選擇性。但氫解反應(yīng)時間仍較長，反應(yīng)過程中需要大量的氫氣來促進聚合物長鏈斷裂，催化劑均使用Pt、Ru等貴金屬作為催化位點，且催化劑與塑料的比例較高，成本較高，實際應(yīng)用仍然有很大的局限性。

3 光催化

光催化是一種潛在和可行的化學(xué)轉(zhuǎn)化途徑。光催化劑可以在光照下產(chǎn)生激發(fā)空穴(h+)和電子(e-)等活性物質(zhì)使塑料活化[60-61]。因此，光催化將是廢棄塑料轉(zhuǎn)化的一種強有力的方法[62]。塑料的光催化裂解主要是因為吸收了太陽光或人工光源中高能量的紫外線而誘發(fā)光化學(xué)反應(yīng)，通過切斷高分子鏈產(chǎn)生自由基，進一步生成小分子化合物。近幾年的研究大多只局限于將塑料降解為CO2和H2O，雖然可以一定程度的解決塑料降解難題，但是會造成嚴重的碳資源浪費，不能有效的對塑料循環(huán)升級利用[63-65]，2019年，Jiao X C等[66]在模擬的自然環(huán)境下可以將廢棄塑料光催化轉(zhuǎn)化成低碳燃料，這是一項塑料光催化的突破性進展。他們設(shè)計了一個串聯(lián)反應(yīng)路徑，第一步是在光催化劑上進行光氧化C—C 鍵裂解過程，將塑料全部降解為CO2；第二步，所產(chǎn)生的CO2在相同的光催化劑上通過光誘導(dǎo)的C—C偶聯(lián)過程還原為C2燃料(見圖6)。

圖6 兩步法將各種廢棄塑料轉(zhuǎn)化為C2燃料的示意圖[66]Figure 6 Schematic illustration for converting various waste plastics into C2 fuels via two-step pathway[66]

將純PE、PP、PVC分散在水中，使用穩(wěn)定的單原子層Nb2O5作為光催化劑，室溫大氣環(huán)境下采用氙燈光照，分別反應(yīng)40 h、60 h、90 h，均可以100%反應(yīng)，檢測到CO2和痕量CO的氣體產(chǎn)物以及CH3COOH的液體產(chǎn)物，通過同位素標(biāo)記等實驗充分證明了串聯(lián)光催化反應(yīng)路徑。同時，對現(xiàn)實生活中的一次性塑料用品進行同樣的光催化轉(zhuǎn)化實驗，發(fā)現(xiàn)也可以生成CH3COOH。由于光催化劑Nb2O5的CO2還原活性差，所以C2燃料的產(chǎn)量相對較低。該項工作為解決廢棄塑料難題和在自然環(huán)境下收獲高價值的燃料開辟新途徑。

4 結(jié) 語

廢棄塑料的高效轉(zhuǎn)化能有效緩解全球面臨的白色污染危機，將廢棄塑料通過化學(xué)手段轉(zhuǎn)化為高附加值產(chǎn)物有望實現(xiàn)廢棄塑料的資源再利用。基于對文獻里廢棄塑料不同裂解途徑的研究,塑料在無氧條件下催化熱解已被廣泛報道，沸石分子篩等催化劑依靠酸性位點顯示出優(yōu)異的催化性能，其中在較高溫度、較長停留時間下，更有利于聚烯烴塑料向低碳烴類產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化，但產(chǎn)物選擇性調(diào)控方面仍待解決。塑料光催化裂解還在探索階段，目前將聚烯烴塑料裂解為燃料產(chǎn)品的報道仍然較少。若未來可以開發(fā)能夠選擇性斷裂C—C鍵和C—H鍵的多功能光催化劑，將有利于進一步提高燃料范圍內(nèi)碳氫化合物的轉(zhuǎn)化。近幾年大多數(shù)研究者選擇了塑料加氫催化裂解，因為其具有將廢棄塑料在較溫和條件下可控性轉(zhuǎn)化為高價值液體燃料的能力，因此是塑料裂解的較優(yōu)方案，但該技術(shù)仍在起步階段，同時依舊存在需要大量氫氣和催化劑昂貴等問題。故增強對塑料裂解過程中的機理研究，將多種外場(光、電、重力場)耦合進行塑料裂解過程，開發(fā)設(shè)計出更合適的低成本催化劑，不僅可以提高產(chǎn)率，還能進一步提高液體燃料的選擇性，使獲得的高品質(zhì)燃料產(chǎn)品能夠應(yīng)用于市場，從而緩解能源需求的增長。