2019年，全球塑料年产量已达3.68亿吨，预计未来二十年将翻倍。由于废旧聚烯烃（如PE、PP）化学性质稳定，回收困难，大部分被填埋或泄漏到自然环境中，对生态和人类健康构成严重威胁。化学回收技术因其能将废塑料转化为高附加值的燃料和化学品，被IUPAC列为2019年十大颠覆性创新技术。现有催化技术（如氢解、裂解）主要在400°C以下将聚烯烃转化为烷烃，所得产物通常用作燃料，但其辛烷值和能量密度相对较低。特别是航空煤油等高端燃料，需要含有30%-70%芳烃及环烷烃的高能量密度组分，传统低温裂解技术难以满足这一需求。
高温热裂解（>500°C）虽能生成芳烃，但伴随严重的结焦问题和低价值副产物的产生；而低温芳构化回收聚烯烃的技术虽具前景，目前仍面临芳烃选择性低、成本高等挑战。因此，开发一种无需贵金属、在较低温度下高效运行、且能高选择性生成轻质芳烃的聚烯烃升级回收技术，对于实现废塑料资源化利用与生产高端燃料具有重要意义。
图1. 不同途径聚乙烯降解芳构化的比较 浙江大学催化研究所王勇教授与毛善俊副研究员团队在他们之前发表的工作的基础上，替换掉贵金属催化剂，创新性地提出了一条全新的反应路径：在合成气气氛中，采用Zn-ZrO和ZSM-5催化体系，将PE的传统裂解与CO加氢和Prins反应相结合。在低至280℃的温和无贵金属条件下，即可使芳烃的选择性在有机产物中达到68%。其中，CO加氢的中间体——甲醛至关重要，它能够与PE裂解产生的烯烃发生Prins反应，促进活性含氧化合物和双烯中间体的生成，同时精准调控碳链长度。这一过程不仅降低了后续芳构化反应的能垒，还显著提高了芳烃选择性，实现了聚烯烃的高效、低温升级转化。 图2. PE的低温高效芳构化 该工艺创新性地耦合了CO加氢与聚合物裂解过程，实现了在较低温度下高效催化聚烯烃升级转化以生产高质量燃料，并可通过调节合成气中的氢气分压或两种催化剂的比例，在79至103的理论辛烷值范围内灵活调控产物品质。程序升温表面反应（TPSR）及同位素标记实验证实，CO加氢产生的中间体甲醛会与聚烯烃裂解而来的烯烃发生偶联，并参与后续的芳构化反应。值得关注的是，若直接在反应体系中添加甲醛或甲醇以替代合成气原位生成甲醛，并未取得理想效果，这凸显了该工艺中各反应步骤之间动力学匹配的重要性。 图3 CO在PE降解过程中的参与机制 该低温芳构化工艺在技术经济分析中展现出显著优势： 应用广泛：不仅适用于商用废旧聚乙烯，还可以拓展至聚丙烯和聚苯乙烯等聚烯烃，实现更广泛的塑料升级回收； 催化剂稳定：经多次套用，仍旧保持稳定的PE转化率和芳烃选择性； 经济效益高：可以不依赖于贵金属催化剂，大大降低回收成本。对于一个年产量在20万吨的TEA模型，即便在无政府补贴的情况下，盈亏平衡点仅为1800吨，静态投资回收期仅为3.8年，具备较强的市场竞争力。 这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition上，文章的第一作者是浙江大学博士研究生高瑞良。 图4. 该催化体系的应用性、套用性分析评估 兰州大学邵向锋课题组合成了氮元素和硫族元素共同杂化的素馨烯。氮元素掺杂不仅使碗状分子的深度显著增大，而且带来了新奇的化学性质：在酸性条件下发生了分子间硫族原子迁移，导致环系重构。为深入认识主族元素对碗状分子物理化学性质的影响提供了实验证据。 论文信息 Noble Metal-Free Low-Temperature Aromatization of Polyethylene Waste for High-Quality Fuel Production Ruiliang Gao, Wencong Liu, Bing Lu, Shipan Liang, Minghang Li, Zekai Yu, Pengfei Ji, Zhan Lu, Shanjun Mao, Yong Wang Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202506815
