我們在日常生活中隨處可見聚乙烯塑膠，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，它的廣泛套用極大地便利了人們的生活需要。與之相隨的，是一個不容忽視的問題——廢舊塑膠對環境的汙染。
人們對一次性塑膠用品的使用依賴，導致大量廢棄聚乙烯塑膠被丟棄在自然環境中，這些塑膠廢棄物難以降解，它們在汙染環境的同時還威脅著野生動植物的生存，甚至透過食物鏈間接影響著人類的健康。長此以往，會對土壤、水源和生態系造成不容忽視的負面影響。
那麽，如何才能實作對廢棄聚乙烯塑膠的環保回收和迴圈利用呢？
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2024年4月9日，中國科學家在【自然-化學】（Nature Chemistry）雜誌上發表了一篇關於迴圈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。
研究成果發表於【自然-化學】雜誌。圖片來源：【自然-化學】雜誌
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，不僅可以解決環境汙染問題，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，轉化聚乙烯的主要策略是在高反應溫度（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套用。
基於催化轉化聚乙烯面臨的問題， 研究人員利用四丁基氫氧化銨（C16p7NO）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，透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，具有理想的物理和化學性質。層狀自支撐結構（LSP）由陽離子與陰離子透過離子鍵結合形成，具有足夠的強度和穩定性，無須額外支撐就可獨立存在。
介孔孔道介於微孔和大孔，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，對催化劑效能有著重要作用。 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），透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，因此，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射線繞射圖；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）。圖片來源：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內抗爆震能力的數碼指標，通常用於評價車用汽油的效能，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，產率高達80%。透過檢測其液相產物，C4-C12 組分占比高達99%，支鏈烷烴占比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）具備能將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汙染問題，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產物收率。圖片來源：參考文獻[1]
當我們在思考廢棄塑膠對環境造成的汙染時，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，將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，促進各類資源的迴圈利用。生態文明，人盡其責。
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參考文獻
[1] Cen, Z., Han, X., Lin, L. et al. Upcycling of polyethylene to gasoline through a self-supplied hydrogen strategy in a layered self-pillared zeolite[J]. Nature Chemistry, 2024.
[2] 謝煜斐,王琪,曾軍民,等.廢棄聚乙烯塑膠回收再生套用的研究進展[J].塑膠科技, 2022.
[3] 張金慶,郭明,張遠文,等.廢聚乙烯塑膠裂解制燃料的研究進展[J].石化技術, 2022.
[4] Gautam K R .A Novel Process of Converting Polyethylene to Gasoline, Middle Distillate and Heavy Oil through Hydropyrolysis Route[J].International Journal of Energy Engineering, 2013.
策劃制作
出品丨科普中國
作者丨石暢 物理化學博士
監制丨中國科普博覽
責編丨董娜娜
審校丨徐來 林林
