原位与外解催化热解低密度聚乙烯制备异构烷烃可持续航空燃料的比较研究

《Fuel》：Catalytic pyrolysis of low-density polyethylene to produce iso-alkane sustainable aviation fuel fractions: Comparison of in-situ and ex-situ pyrolysis modes

本文系统比较了原位（in-situ）和外解（ex-situ）催化热解低密度聚乙烯（LDPE）制备可持续航空燃料（SAF）的产物选择性。研究发现HY沸石催化剂在原位模式下可获得最高产率（31 area%）的异构烷烃（iso-alkane）SAF组分，而外解模式则主要生成芳香烃。研究强调了沸石酸位点（LAS/BAS=3.42）与热解模式对产物分布的关键调控作用，为塑料废弃物转化为航空燃料提供了新策略。

　　

Highlight

本研究通过对比四种沸石催化剂（HZSM-5、HBeta、HY、MCM-41）在原位（in-situ）与外解（ex-situ）热解模式下的性能，发现HY沸石在原位催化中能高效生成航空燃料范围的异构烷烃（iso-alkane），而外解模式则倾向生成芳香烃。沸石的酸位点分布（LAS/BAS=3.42）与孔道结构共同调控产物选择性。

材料

实验所用催化剂包括HY（硅铝比Si/Al=25、12、5）、HBeta（Si/Al=25）、Al-MCM-41（Si/Al=25）和HZSM-5（Si/Al=25），均来自南开大学催化剂厂。使用前在650°C下煅烧2小时。低密度聚乙烯（LDPE，80目）和聚丙烯（PP，80目）购自中国石油化工集团公司。

实验装置设计

（此部分内容原文未展开描述）

沸石催化剂表征

通过X射线衍射（XRD）对比分析沸石结构（图2(a)）。HZSM-5显示出MFI拓扑特征峰，其三维孔道系统包含交叉的10元环通道。HBeta在2θ=7.7°和22.4°处出现BEA骨架特征峰，其12元环通道网络有利于大分子扩散。

结论

本研究通过多种聚烯烃塑料与沸石催化剂的原位/外解催化热解，证明原位模式更利于生成航空燃料用异构烷烃，而外解模式主产芳香烃。HY沸石在原位模式下可实现31 area%的异构烷烃选择性，其优化的酸位点比例（LAS/BAS=3.42）是提升异构烷烃产率的关键。