川大北大团队常压一步转化聚乙烯与二氧化碳

《工程》（Engineering）期刊近期发表的一项研究展示了一种串联催化新方法，该方法在常压下将废弃聚乙烯和二氧化碳转化为可分离的液体芳烃和一氧化碳，为两种碳资源废物的价值化利用提供了切实可行的途径。来自四川大学和北京大学的研发团队开发了一种由CuFeO₂和Ga-[Ga]/ZSM-5组成的双功能氧化物-沸石催化剂系统，该系统在400℃下运行，实现了无需高压要求的一步转化。

突破传统化学回收瓶颈

传统的聚乙烯化学回收通常面临轻芳烃选择性低的问题，并产生难以分离的线性和环状化合物混合物；而二氧化碳加氢通常依赖外部氢气供应。在该设计中，Ga-[Ga]/ZSM-5中阳离子镓物种与布朗斯特酸位点之间的协同作用促进了脱氢反应，并抑制了常见的氢转移反应，从而显著产生氢气。CuFeO₂组分驱动逆水煤气变换反应，消耗原位生成的氢气以推动反应平衡，提高芳烃形成效率并改善氢气利用率。

在优化条件下，该级联催化系统在液体产物中对可分离芳烃的选择性达到99%，在气体产物中对C₁–C₂脂肪族烃的选择性达到91.9%。芳烃产率高达75.3 wt%，其中苯、和二（BTX）占该部分的81.1%，二氧化碳转化率高达每克聚乙烯10.9毫摩尔。同位素标记实验证实，二氧化碳仅参与逆水煤气变换反应，不直接结合到芳香烃结构中。

催化剂稳定性与原料适应性

该催化剂系统在通过煅烧再生后表现出良好的稳定性和可回收性，并在测试中使用包括高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯和含有常见杂质的混合塑料废物在内的真实塑料进料时仍保持有效。通过采用级联反应器配置，该工艺进一步优化了产品分布，几乎消除了C₃–C₄烷烃杂质，并产生了易于分离的高纯度芳烃产品。

这种集成策略将聚乙烯升级回收与二氧化碳利用相结合，为将废塑料和温室气体转化为有价值的石化中间体和合成气前体提供了一条技术上可行的路径。该论文题为《常压下通过串联催化将聚乙烯与CO2转化为可分离芳烃》，作者包括陈文军、楚明宇、刘悦、范依依、张美琦、王蒙、张帆。

中国企业在塑料回收领域拥有庞大的产能基础，但高端化学回收技术仍多依赖进口。此次川大与北大团队在常压催化体系上的突破，不仅降低了设备投资门槛，更通过原位氢循环解决了碳利用难题。国内化工企业可重点关注此类双功能催化剂的工业化放大潜力，结合现有炼化装置进行工艺耦合，有望在“双碳”目标下开辟新的盈利增长点。