“魔法”！將廢塑料轉(zhuǎn)化為高質(zhì)量潤(rùn)滑油

2019-10-29 08:57:18 來(lái)源：高分子科學(xué)前沿閱讀量：18338 評(píng)論

導(dǎo)讀：每年生產(chǎn)3.8億噸塑料。隨著塑料市場(chǎng)的持續(xù)增長(zhǎng)，許多分析人士預(yù)測(cè)，到2050年，塑料產(chǎn)量可能會(huì)翻兩番。超過(guò)75%的塑料材料在一次使用后被丟棄。它們中的許多終進(jìn)入我們的海洋和水道，傷害野生動(dòng)物并傳播毒素。

　　【塑料的問(wèn)題】

　　每年生產(chǎn)3.8億噸塑料。隨著塑料市場(chǎng)的持續(xù)增長(zhǎng)，許多分析人士預(yù)測(cè)，到2050年，塑料產(chǎn)量可能會(huì)翻兩番。超過(guò)75%的塑料材料在一次使用后被丟棄。它們中的許多終進(jìn)入我們的海洋和水道，傷害野生動(dòng)物并傳播毒素。

　　雖然塑料可以熔化和再加工，但這種回收產(chǎn)生的價(jià)值較低的材料在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度上不如原始材料。例如，將塑料瓶向下循環(huán)放入一個(gè)模壓的公園長(zhǎng)凳。

　　當(dāng)塑料被丟棄在野外或垃圾填埋場(chǎng)時(shí)，它們不會(huì)降解，因?yàn)樗鼈冇泻軓?qiáng)的碳-碳鍵。相反，它們會(huì)分解成更小的塑料，即微塑料。盡管有些人認(rèn)為這種緊密的聯(lián)系是一個(gè)問(wèn)題，但西北大學(xué)、阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和艾姆斯實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)卻把這看作是一個(gè)機(jī)會(huì)。

　　【成果簡(jiǎn)介】

　　近日，來(lái)自西北大學(xué)、阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和埃姆斯實(shí)驗(yàn)室的研究團(tuán)隊(duì)，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種新方法，可以將大量看似低價(jià)值的塑料升級(jí)為高質(zhì)量的液體產(chǎn)品，比如機(jī)油、潤(rùn)滑油、洗滌劑甚至化妝品。這一發(fā)現(xiàn)還改進(jìn)了現(xiàn)有的回收方法，從而生產(chǎn)出廉價(jià)、低質(zhì)量的塑料產(chǎn)品。該研究成果以題為“Upcycling Single-Use Polyethylene into High-Quality Liquid Products”的論文發(fā)表在期刊ACS Central Science上(見(jiàn)文后原文鏈接)。

　　在本研究中，高能量聚乙烯(PE)大分子通過(guò)原子層沉積在SrTiO3鈣鈦礦納米晶上的分散良好的Pt納米顆粒(NPs)催化氫化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為增值產(chǎn)品。該催化劑由兩納米大小的鉑納米顆粒組成，沉積在大約50-60納米大小的鈣鈦礦納米晶上。該團(tuán)隊(duì)選擇鈣鈦礦是因?yàn)樗诟邷馗邏合潞芊€(wěn)定，是一種非常好的能量轉(zhuǎn)換材料。為了將納米顆粒沉積在納米管上，研究小組使用了原子層沉積技術(shù)，這種技術(shù)是在Argonne開(kāi)發(fā)的，可以控制納米顆粒。

　　圖1 鉑納米粒子分布在鈣鈦礦納米管上的電子顯微照片

　　在適當(dāng)?shù)膲毫蜏囟认拢呋瘎┝呀馑芰系奶继兼I，產(chǎn)生高質(zhì)量的液態(tài)碳?xì)浠衔铩Ｔ?70 psi H2和300℃在無(wú)溶劑條件下反應(yīng)時(shí)間96 h，Pt/SrTiO3完全轉(zhuǎn)換PE (Mn = 8000-158000 Da)或一次性塑料袋(Mn = 31000 Da)到高質(zhì)量的液體產(chǎn)品，如潤(rùn)滑劑和蠟，以窄分布低聚物的鏈。

　　圖2 鉑納米顆粒/鈣鈦礦納米長(zhǎng)石的催化劑將廢棄塑料轉(zhuǎn)化為更高價(jià)值的產(chǎn)品

　　圖3 聚乙烯氫解制備液體產(chǎn)品

　　固體核磁共振13C富集PE吸附研究和密度泛函理論計(jì)算表明，PE在Pt上的吸附比在SrTiO3載體上的吸附更為有利。較小的Pt NPs與較高濃度的未配位Pt位點(diǎn)，將PE過(guò)氫水解成不需要的輕烴。

　　圖3 固體核磁共振13C富集PE吸附研究和密度泛函理論計(jì)算

　　【亮點(diǎn)小結(jié)】

　　本文開(kāi)發(fā)的催化法這項(xiàng)新技術(shù)，在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢物少得多，并且液體產(chǎn)物可用于機(jī)油、潤(rùn)滑油或蠟，或進(jìn)一步加工制成洗滌劑和化妝品的成分。這與市面上可買(mǎi)到的催化劑形成了對(duì)比，后者生成的產(chǎn)品質(zhì)量較低，而許多是短烴，這限制了產(chǎn)品的用途。本文的方法既可通過(guò)消除環(huán)境中的塑料污染又可促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，起到了一舉兩得的作用。

　　西北大學(xué)的Kenneth R. Poeppelmeier參與了這項(xiàng)研究，他說(shuō):“我們的團(tuán)隊(duì)很高興發(fā)現(xiàn)這項(xiàng)新技術(shù)，它將幫助我們解決塑料垃圾堆積的問(wèn)題。”“我們的發(fā)現(xiàn)對(duì)未來(lái)的發(fā)展有廣泛的影響，我們可以繼續(xù)受益于塑料材料，但要以一種可持續(xù)的、對(duì)環(huán)境和人類健康危害更小的方式。”

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