聚乙烯塑料轉化為高品質汽油的研究突破與應用展望

作者段躍初黃艷紅

2024 年 4 月 9 日，一則令科學界乃至全球矚目的消息傳來：中國科學家在國際權威雜志《自然 - 化學》（Nature Chemistry）上發(fā)表了一篇關于循環(huán)利用聚乙烯制備高品質汽油的文章，這一突破性成果，為廢棄聚乙烯塑料的高效利用開辟了嶄新的道路，有望在解決塑料污染問題與實現資源可持續(xù)發(fā)展方面產生深遠影響。

在當今社會，塑料已經成為人們日常生活和工業(yè)生產中不可或缺的材料。然而，隨著塑料制品的廣泛應用和消費，廢棄塑料的數量也與日俱增，給環(huán)境帶來了沉重的負擔。其中，聚乙烯塑料作為最常見的塑料品種之一，其廢棄量巨大。由于聚乙烯的化學結構特點，尤其是其非極性的“碳 - 碳鍵”在低溫條件下很難實現活化和斷裂，使得聚乙烯的轉化和循環(huán)利用成為了一項極具挑戰(zhàn)性的任務。

長期以來，科研人員一直在努力探索如何有效地將廢棄聚乙烯轉化為有價值的產品。此次中國科學家的研究成果，無疑是在這一領域邁出的關鍵一步。他們的研究從聚乙烯塑料到高品質汽油的轉化入手，深入探究了相關的化學反應原理和工藝條件。

研究過程中，科學家們充分發(fā)揮創(chuàng)新思維，運用先進的實驗技術和理論分析方法，對聚乙烯的轉化過程進行了精細的調控和優(yōu)化。通過巧妙地設計反應路徑和選擇合適的催化劑，成功地實現了聚乙烯分子中“碳 - 碳鍵”的活化和斷裂，并將其轉化為高品質汽油的主要成分。

在240℃、無貴金屬、無氫氣、無溶劑條件下，用廢棄聚乙烯塑料制備高品質汽油的回收率可達到80%。中國科學院化學研究所科研人員研制出的新策略，利用層狀自支撐分子篩作為催化劑，實現了上述轉化過程。該策略中，分子篩催化劑獨特的開放骨架三配位鋁位點能有效促進廢棄聚乙烯化學鍵活化斷裂轉化，并且所用的分子篩催化劑可以使部分聚乙烯裂解產物芳構化，從而提供氫源，使得聚乙烯以“自供氫”的方式轉化為汽油，無需外加氫源。所制備的汽油中能提升辛烷值的支鏈烷烴含量是商用汽油的近兩倍。

這一成果意義重大。一方面，實現了廢棄聚乙烯塑料向高品質汽油的轉化，直接減少了塑料垃圾存量。大量難以降解的廢棄聚乙烯塑料長期堆積在自然環(huán)境中，嚴重污染土地和水域。將其轉化為汽油，能減少環(huán)境中的塑料堆積，降低塑料垃圾總量。

其次，降低塑料污染的危害程度。廢棄聚乙烯塑料在自然環(huán)境中可能會分解成微小顆粒，進入土壤、水體和生物體內，對生態(tài)系統(tǒng)和人類健康產生潛在威脅。通過將這些廢棄聚乙烯轉化為汽油，避免了它們在自然環(huán)境中的長期存在與擴散，減輕了對土壤、水源、空氣的污染，降低了對生態(tài)和人類健康的負面影響。

再者，促進塑料回收體系的發(fā)展和完善。該研究成果為廢棄聚乙烯塑料的回收利用提供了新方向和經濟價值，激勵社會各方積極投入塑料回收產業(yè)，提高回收效率和質量，從源頭減少廢棄塑料進入環(huán)境。同時，也增強了公眾對塑料污染治理的信心和意識，使人們更加重視塑料污染問題，在日常生活中減少塑料使用，合理分類和回收廢棄塑料，形成全社會共同治理塑料污染的良好氛圍。

此外，這一研究成果還具有廣泛的應用前景。隨著技術的不斷完善和推廣，該方法有望應用于大規(guī)模的工業(yè)生產中，為塑料回收和再利用產業(yè)帶來新的發(fā)展機遇。同時，這也將激發(fā)更多科研人員在廢棄塑料資源化利用領域開展深入研究，推動相關技術的不斷創(chuàng)新和發(fā)展。

然而，我們也應該清醒地認識到，盡管這一研究成果取得了重大突破，但要實現其大規(guī)模的工業(yè)化應用，還需要解決一系列的技術和經濟問題。例如，如何進一步提高反應的轉化率和選擇性，降低生產成本，以及如何建立完善的廢棄塑料回收體系等。這些問題需要科研人員、企業(yè)和政府部門共同努力，加強合作與創(chuàng)新，才能夠實現廢棄塑料資源化利用的產業(yè)化發(fā)展目標。

除了聚乙烯塑料，高密度聚乙烯塑料也可以通過類似的方法轉化為高品質汽油。中國科學技術大學曾杰教授課題組設計出的“氫呼吸”策略，能在無需額外添加氫氣或溶劑的情況下，將高密度聚乙烯塑料轉化為高附加值的環(huán)狀烴類。另外，廢塑料熱解油化技術的產油率可達到 80%，未來，或許我們扔掉的每 300 個塑料瓶子，就可以被轉化為 3 - 4L 的汽油。

總之，中國科學家在廢棄聚乙烯塑料循環(huán)利用領域取得的這一成果，是我國科技實力不斷提升的有力證明，也是我國在應對全球環(huán)境問題和資源挑戰(zhàn)方面所做出的積極貢獻。相信在不久的將來，隨著相關技術的不斷發(fā)展和完善，廢棄塑料將不再是環(huán)境的負擔，而是成為寶貴的資源，為人類創(chuàng)造更加美好的未來。

讓我們共同期待這一技術的廣泛應用和發(fā)展，為實現綠色、可持續(xù)的社會發(fā)展目標而努力奮斗