聚丙烯是废弃塑料的常见组分之一。随着环保意识的提升和资源回收需求的日趋显著，开发废旧塑料回收是减少塑料污染及获取化工原料资源的两得策略。荷兰乌得勒支大学（Utrecht University）Bert M.Weckhuysen教授课题组近日在《德国应化》上发表了一种利用炼油厂的废弃催化剂催化热裂解聚丙烯的回收方法。
为了寻找催化热裂解聚丙烯的优良催化剂，作者们注意到了炼油厂用于裂解真空瓦斯油（vacuum gas oil）制备汽油的流化催化裂化（FCC）催化剂。FCC催化剂一般由陶土、氧化铝、氧化硅、沸石等整合而成，在炼油过程中担负将重油中的长链烷烃裂解为分子量更低的有机化合物。作者们认为既然聚丙烯也属于长链烷烃，则FCC催化剂理论上也能够用来催化裂解聚丙烯。
【文章要点】
一、红外光谱和共焦荧光显微镜证明了催化剂中的陶土、氧化硅、氧化铝等基体部分具有裂解-芳香化功能，而沸石区域则会诱发积碳（coking）过程（图1）。
图1. FCC催化剂催化热裂解聚丙烯过程示意图。图源：Angew. Chem.
二、FCC催化剂在从室温被加热到425摄氏度的过程中可将聚丙烯热分解为多种短链烷烃、烯烃和芳香烃等高附加值化工原料。相比于直接加热裂解聚丙烯，FCC催化剂热解聚丙烯能得到芳香烃以及更多含四和五个碳原子的有机物（图2）。
图2. FCC催化剂催化热分解聚丙烯产物及直接加热裂解聚丙烯产物随温度的分布。图源：Angew. Chem.
三、相比于新制FCC催化剂，炼油厂废弃的FCC催化剂裂解效果更好，主要表现为积碳量更少。作者们推测废弃的FCC催化剂相比于新催化剂具有两个优势：1）沸石孔道因为使用过程中给累积的碳而难以接触反应物，从而减少了积碳；2）基底部分在使用过程中沉积了Fe、Ni、V等少量金属颗粒，而这些金属颗粒有利于热裂解聚丙烯，并催化裂解产物芳香化。
「以废治废」，本工作生动展示了「废料只是放错了的资源」这一道理。
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202104110
原文刊载于【高分子科学前沿】公众号
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