研究背景
共同升級混合塑料是回收塑料廢料中碳資源并實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟的可行途徑。然而，聚氯乙烯（PVC）的存在常常使共同升級過程復雜化，因為PVC釋放的氯（Cl）會使催化劑失活并進入最終產(chǎn)品。此外，現(xiàn)有的塑料升級過程通常需要苛刻的反應條件。為了解決這一問題，華東師范大學劉玥教授、張偉教授等人在“Nature Sustainability”期刊上發(fā)表了題為“Room-temperature co-upcycling of polyvinyl chloride and polypropylene”的最新論文。本文提出了一種策略，使得在溫和條件下高效共同升級PVC和聚丙烯（PP）。研究者使用抗氯離子液體丁基吡啶氯化鋁（[C4Py]Cl-AlCl3）來脫氯PVC，并同時將PP-PVC混合物解聚為不含氯的液體烴，同時副產(chǎn)氯化氫（HCl）。這一轉化方法在常溫下操作，無需外部氫氣或貴金屬催化劑。無氯液體烴的產(chǎn)率高達進料PP-PVC混合物中C和H的97.4wt%。這項工作可以促進塑料升級的技術發(fā)展，改善塑料廢物管理的可持續(xù)性。
科學亮點
1.實驗首次高效共同升級PVC和PP，得到了不含氯的液體烴和氯化氫（HCl）。采用氯化鋁離子液體丁基吡啶氯化鋁（[C4Py]Cl-AlCl3）作為催化劑，在室溫下對PVC和PP的混合物進行共同升級反應。2.實驗通過使用耐氯的離子液體[ C4Py]Cl-AlCl3，實現(xiàn)了PVC的脫氯和PP的解聚。反應在常溫下進行，無需外部氫氣或貴金屬催化劑，反應時間為2小時，獲得了100%的轉化率。3.實驗結果顯示，共升級過程中生成的液體烴包含35.5wt%的C4–7、36.4wt%的C8–12和28.1wt%的C13+，且氯含量幾乎為零。這表明該方法不僅能有效脫氯，而且具有高效的液體烴產(chǎn)物生成能力。4.該研究為塑料廢料的可持續(xù)管理提供了新的技術路徑。通過共同升級PVC和PP，實現(xiàn)了混合塑料廢料的高效回收，為塑料回收技術的進一步發(fā)展和塑料廢物管理的可持續(xù)性做出了貢獻。
圖文解讀
圖1: PP、PVC 及其混合物在 [C4Py]Cl-AlCl3 中的轉化。圖6：[C4Py]Cl-AlCl3催化劑的回收測試。
總結展望
氯耐受性[ C4Py Cl-AlCl3離子液體在室溫下有效地將混合PVC和聚丙烯（PP）轉化為無氯的液態(tài)烴和氯化氫（HCl）。該[ C4Py ]Cl-AlCl3離子液體具有雙重功能，既能脫氯PVC，又能有效地解聚PVC和PP，生成無氯的液態(tài)烴，從混合物中回收高達97.4wt%的C和H。氯迅速從PVC中抽出并轉化為HCl。二甲基苯二甲酸酯和異丁基苯二甲酸酯等添加劑不影響反應，并且也能夠回收。該催化劑在多個重復循環(huán)中表現(xiàn)出穩(wěn)定性能，PVC-PP轉化循環(huán)達到三次，PVC-庚烷轉化循環(huán)達到五次。此外，經(jīng)過H2處理可以再生失活的催化劑。該催化方法不需要貴金屬催化劑或外部氫氣源，如H2或有機氫供體。對于大規(guī)模應用，需要謹慎設計離子液體的回收、再生和產(chǎn)物分離。本研究提供了一種可持續(xù)、經(jīng)濟的化學回收方法，用于含PVC的混合塑料廢料。 Gao, Z., Wang, Y., Yuan, L. et al. Room-temperature co-upcycling of polyvinyl chloride and polypropylene. Nat Sustain (2024). https://doi.org/10.1038/s41893-024-01468-7
