“魔法”！将废塑料转化为高质量润滑油

　　【塑料的问题】
　　全球每年生产3.8亿吨塑料。随着塑料市场的持续增长，许多分析人士预测，到2050年，塑料产量可能会翻两番。超过75%的塑料材料在一次使用后被丢弃。它们中的许多最终进入我们的海洋和水道，伤害野生动物并传播毒素。虽然塑料可以熔化和再加工，但这种回收产生的价值较低的材料在结构强度上不如原始材料。例如，将塑料瓶向下循环放入一个模压的公园长凳。当塑料被丢弃在野外或垃圾填埋场时，它们不会降解，因为它们有很强的碳-碳键。相反，它们会分解成更小的塑料，即微塑料。尽管有些人认为这种紧密的联系是一个问题，但西北大学、阿贡国家实验室和艾姆斯实验室团队却把这看作是一个机会。
　　【成果简介】
　　近日，来自西北大学、阿贡国家实验室和埃姆斯实验室的研究团队，已经开发出一种新方法，可以将大量看似低价值的塑料升级为高质量的液体产品，比如机油、润滑油、洗涤剂甚至化妆品。这一发现还改进了现有的回收方法，从而生产出廉价、低质量的塑料产品。该研究成果以题为“Upcycling Single-Use Polyethylene into High-Quality Liquid Products”的论文发表在国际顶级期刊ACS Central Science上（见原文链接）。

　　在本研究中，高能量聚乙烯(PE)大分子通过原子层沉积在SrTiO3钙钛矿纳米晶上的分散良好的Pt纳米颗粒(NPs)催化氢化反应转化为增值产品。该催化剂由两纳米大小的铂纳米颗粒组成，沉积在大约50-60纳米大小的钙钛矿纳米晶上。该团队选择钙钛矿是因为它在高温高压下很稳定，是一种非常好的能量转换材料。为了将纳米颗粒沉积在纳米管上，研究小组使用了原子层沉积技术，这种技术是在Argonne开发的，可以精确控制纳米颗粒。

　　图1 铂纳米粒子分布在钙钛矿纳米管上的电子显微照片在适当的压力和温度下，催化剂裂解塑料的碳碳键，产生高质量的液态碳氢化合物。在170 psi H2和300℃在无溶剂条件下反应时间96 h，Pt/SrTiO3完全转换PE (Mn = 8000-158000 Da)或一次性塑料袋(Mn = 31000 Da)到高质量的液体产品，如润滑剂和蜡，以窄分布低聚物的链。

图2 铂纳米颗粒/钙钛矿纳米长石的催化剂将废弃塑料转化为更高价值的产品

　　图3 聚乙烯氢解制备优质液体产品固体核磁共振13C富集PE吸附研究和密度泛函理论计算表明，PE在Pt上的吸附比在SrTiO3载体上的吸附更为有利。较小的Pt NPs与较高浓度的未配位Pt位点，将PE过氢水解成不需要的轻烃。

　　图3 固体核磁共振13C富集PE吸附研究和密度泛函理论计算

　　【亮点小结】
　　本文开发的催化法这项新技术，在生产过程中产生的废物少得多，并且液体产物可用于机油、润滑油或蜡，或进一步加工制成洗涤剂和化妆品的成分。这与市面上可买到的催化剂形成了对比，后者生成的产品质量较低，而许多是短烃，这限制了产品的用途。本文的方法既可通过消除环境中的塑料污染又可促进循环经济，起到了一举两得的作用。
　　西北大学的Kenneth R. Poeppelmeier参与了这项研究，他说:“我们的团队很高兴发现这项新技术，它将帮助我们解决塑料垃圾堆积的问题。”“我们的发现对未来的发展有广泛的影响，我们可以继续受益于塑料材料，但要以一种可持续的、对环境和人类健康危害更小的方式。”