Het team ontwikkelt een oplosmiddel- en waterstofvrije methode om high-density polyethyleen kunststoffen te upcyclen

Een onderzoeksteam onder leiding van prof. Zeng Jie van de University of Science and Technology of China (USTC) van de Chinese Academy of Sciences (CAS) heeft een belangrijke doorbraak bereikt op het gebied van plastic upcycling.

Hun studie, getiteld “Solvent- and Hydrogen-Free Catalytic Conversion of High-Density Polyethylene Plastics”, introduceert een nieuwe tandemstrategie voor dehydroaromatisatie en hydrogenolyse voor het omzetten van high-density polyethyleen (HDPE) kunststoffen in waardevolle cyclische koolwaterstoffen zonder de noodzaak van oplosmiddelen of waterstof . De bevindingen zijn gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie.

Polyethyleen, een van de meest gebruikte kunststoffen, vormt een uitdaging op het gebied van natuurlijke afbraak vanwege de stabiele chemische structuur. Recyclingtechnologieën voor afvalpolyethyleenkunststoffen verminderen niet alleen de vervuiling, maar bieden ook economische voordelen.

Geïnspireerd door twee processen in de aardolie-industrie, namelijk katalytische reformering van benzinefracties met een korte keten en hydrokraken van zware oliën, trachtte het onderzoeksteam afval-HDPE-kunststoffen te behandelen als een vaste aardolie-grondstof door middel van milieuvriendelijke katalytische conversie, waardoor stroomafwaarts geproduceerde op aardolie gebaseerde chemische producten.

Geïnspireerd door twee processen in de aardolie-industrie, concentreerde het onderzoeksteam zich op katalytische reformering van benzinefracties met een korte keten om hoogwaardige cyclische koolwaterstoffen te verkrijgen, die waterstof genereren, en het hydrokraken van zware oliën om koolwaterstoffen met een korte keten te produceren, die waterstof verbruiken. .

Voortbouwend op deze processen, bedacht het onderzoeksteam een ​​”waterstofademende” strategie voor het afbreken van hogedichtheidpolyethyleen (HDPE) kunststoffen. Ze ontwikkelden een met moleculaire zeef beladen metallische rutheniumkatalysator (Ru/HZSM-5) die de dehydrogenering van het plastic in cyclische koolwaterstoffen vergemakkelijkt en daarbij waterstof “uitademt”. Tegelijkertijd “ademt” het plastic de vrijgekomen waterstof in en ondergaat het kraken, waarbij het verandert in koolwaterstoffen met een korte keten.

Het onderzoeksteam onderzocht vervolgens de upcycling-reactiepaden van polyethyleen met hoge dichtheid. Ze voerden katalytische experimenten uit op de recycling van HDPE-kunststoffen met verschillende moleculaire zeefladingen van rutheniummetaal, en onderzochten het effect van de moleculaire zeefporiën op de reactie.

De resultaten tonen aan dat de HZSM-5 moleculaire zeef een matige poriegrootte heeft, wat niet alleen de vorming van dikke cyclische aromatische koolwaterstoffen en koolstofafzettingen voorkomt, maar ook zorgt voor een soepele desorptie van cyclische koolwaterstoffen, waardoor de continuïteit en stabiliteit van de katalysator wordt gegarandeerd. reactie. Ru/HZSM-5 katalysatoren hebben een zeer goede cyclische stabiliteit en zijn ook geschikt voor verschillende soorten polyethyleen kunststoffen.

Dit onderzoek vertegenwoordigt een aanzienlijke vooruitgang in het upcyclen van plastic en is veelbelovend voor de duurzame ontwikkeling van onze samenleving. Door een innovatieve oplossing te bieden voor de omzetting van HDPE-kunststoffen in waardevolle cyclische koolwaterstoffen, draagt ​​deze studie bij aan de voortdurende inspanningen om plastic afval aan te pakken en een duurzamere toekomst te bevorderen.