新塑料升级改造技术：完成从废弃物到燃料的低成本化

导读：一项新技术可以将问题塑料从垃圾填埋场转移出来并将其转化为燃料来源。

据悉，一项新技术可以将问题塑料从垃圾填埋场转移出来并将其转化为燃料来源。这项创新将能以更少的钱做更多的事，与此同时还能增加对有用产品的转化及贵金属钌的更少使用。该研究成果于当地时间8月22日在芝加哥举行的美国化学学会(ACS)秋季会议上发表。

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“我们报告的关键发现是非常低的金属负荷，”领导该研究小组的西北太平洋国家实验室(PNNL)化学家Janos Szanyi说道，“这使得催化剂的成本得到大大的降低。”

这项新技术更有效地将塑料转化为有价值的商品化学品--这一过程被称为“升级回收”。此外，跟其他报告的方法相比，它作为副产品产生的甲烷要少得多，而甲烷显然是一种不受欢迎的温室气体。

在ACS会议上介绍这项研究的博士后研究科学家Linxiao Chen表示：“对我们来说非常有趣的是，以前没有任何资料显示这一结果。这项研究显示了开发有效的、有选择性的、多功能的塑料升级回收催化剂的机会。”

在塑料升级改造中，更少的金属代表更多

以石油为基础的塑料废弃物代表了一种尚未开发的碳基化学品来源，其可以作为有用的耐用材料和燃料的起始材料。尽管回收箱中有充足的供应，但目前实际回收的塑料非常少，主要是出于经济和实际的原因。然而PNNL的研究人员正在试图通过应用他们在有效打破化学键方面的专业知识来改变这一动态。

众所周知，在难以回收的塑料（如聚丙烯和聚乙烯）中加入氢气--一种被称为氢解的反应是将塑料废料转化为有价值的小碳氢化合物的一种有前途的战略。但这个过程需要高效和有选择性的催化剂，以使其在经济上可行。

这就是最近PNNL领导的这项研究的优势所在。

该科学家团队发现，减少贵金属钌的用量实际上提高了聚合物的升级回收效率和选择性。在最近发表在《ACS Catalysisi》上的一项研究中，他们表明，当金属跟支撑结构的低比率导致结构从有序的粒子阵列转变为无序的原子筏时效率的提高就发生了。

捕获的原子

PNNL在单原子催化剂方面的专业技术记录帮助该团队理解为什么少即是多。研究人员在分子水平上观察到了向无序状态的转变，然后利用已有的理论表明，在这项实验工作中，单原子实际上是更有效的催化剂。

这项工作建立在华盛顿州立大学普尔曼分校化学工程系教授、PNNL实验室研究员Yong Wang在原子捕集和单原子催化剂方面的研究基础上。

Gutiérrez说道：“从材料的角度来看，已经有很多人努力尝试了解单原子或非常小的团簇如何能成为有效的催化剂。”

在ACS，Chen还描述了探索支持材料在提高系统效率方面的作用的新工作。

“我们研究了更便宜和更容易获得的支持材料来替代氧化铈。我们发现，经过化学改性的氧化钛可能会使聚丙烯的回收有更有效和更有选择性的途径，”Chen说道。

学习如何容忍氯气

为了使该方法能实用于混合塑料回收流，研究人员现在正在探索氯气的存在如何影响化学转换的效率。

化学家Oliver Y. Gutiérrez说道：“我们正在研究更苛刻的提取条件。当你没有一个干净的塑料来源时，在一个工业的升级回收过程中，你有来自聚氯乙烯和其他来源的氯。氯气会污染塑料升级回收反应。我们想了解氯气对我们的系统有什么影响。”

据悉，Gutiérrez是催化工业应用方面的专家。

现在，这种基本的理解将可能有助于把通常会作为环境污染的废弃塑料转化为有用的产品。