Team udvikler opløsningsmiddel- og brintfri metode til at upcycle højdensitets polyethylenplast

Et forskerhold ledet af prof. Zeng Jie fra University of Science and Technology of China (USTC) fra det kinesiske videnskabsakademi (CAS), har gjort et betydeligt gennembrud inden for plast-upcycling.

Deres undersøgelse, med titlen "Opløsningsmiddel- og hydrogenfri katalytisk omdannelse af polyethylenplast med høj densitet", introducerer en ny dehydroaromatiserings- og hydrogenolyse-tandemstrategi til omdannelse af højdensitetspolyethylen (HDPE) plast til værdifulde cykliske carbonhydrider uden behov for opløsningsmidler eller brint . Resultaterne blev offentliggjort i Nature Nanotechnology .

Polyethylen, et af de mest brugte plastmaterialer, giver udfordringer med hensyn til naturlig nedbrydning på grund af dets stabile kemiske struktur. Genbrugsteknologier for affald af polyethylenplast mindsker ikke kun forureningen, men giver også økonomiske fordele.

Med inspiration fra to processer i petroleumsindustrien, nemlig katalytisk reformering af kortkædede benzinfraktioner og hydrokrakning af tunge olier, forsøgte forskerholdet at behandle affald af HDPE-plast som et fast olieråmateriale gennem miljøvenlig katalytisk omdannelse og derved producere nedstrøms petroleumsbaserede kemiske produkter.

Inspireret af to processer i olieindustrien fokuserede forskerholdet på katalytisk reformering af kortkædede benzinfraktioner for at opnå højere værdifulde cykliske kulbrinter, som genererer brint, og hydrokrakning af tunge olier til fremstilling af kortkædede kulbrinter, som forbruger brint .

Med udgangspunkt i disse processer udtænkte forskerholdet en "hydrogen-åndende" strategi til nedbrydning af højdensitetspolyethylen (HDPE) plast. De udviklede en molekylsigtefyldt metallisk rutheniumkatalysator (Ru/HZSM-5), der letter dehydrogeneringen af ​​plasten til cykliske kulbrinter, "ånder" brint ud i processen. Samtidig "ånder" plastikken den frigjorte brint og gennemgår revnedannelse og omdannes til kortkædede kulbrinter.

Forskerholdet undersøgte derefter upcycling-reaktionsvejene for polyethylenplast med høj densitet. De udførte katalytiske eksperimenter med genanvendelse af HDPE-plast med forskellige molekylsigter af rutheniummetal og undersøgte effekten af ​​molekylsigtens porer på reaktionen.

Resultaterne viser, at HZSM-5 molekylsigten har en moderat porestørrelse, som ikke kun undgår dannelsen af ​​tykke cykliske aromatiske carbonhydrider og carbonaflejringer, men sikrer også en jævn desorption af cykliske carbonhydrider, hvilket garanterer kontinuiteten og stabiliteten af ​​det katalytiske middel. reaktion. Ru/HZSM-5 katalysatorer har en meget god cyklisk stabilitet og er også velegnet til forskellige typer polyethylenplast.

Denne forskning repræsenterer et betydeligt fremskridt inden for plast-upcycling og har store løfter for en bæredygtig udvikling af vores samfund. Ved at levere en innovativ løsning til omdannelse af HDPE-plast til værdifulde cykliske kulbrinter, bidrager denne undersøgelse til den igangværende indsats for at adressere plastaffald og fremme en mere bæredygtig fremtid.

Flere oplysninger: Junjie Du et al., Effektiv opløsningsmiddel- og hydrogenfri upcycling af polyethylen med høj densitet til separerbare cykliske kulbrinter, Nature Nanotechnology (2023). DOI:10.1038/s41565-023-01429-9

Journaloplysninger: Naturenanoteknologi

Leveret af University of Science and Technology i Kina