聚丙烯与常见塑料及生物质协同热解的分子机制研究：基于TG-MS与原位FTIR的碳链结构调控分析

针对塑料污染治理与资源化难题，研究人员通过TG-MS（热重-质谱联用）和原位FTIR（傅里叶变换红外光谱）技术，系统探究了聚丙烯(PP)与塑料(PET/PVC/PS/PE)及生物质协同热解的分子机制。揭示了氧/氯/苯基团通过诱导PP主链断裂、调控产物分布（如烯烃、芳烃）的协同路径，为定向设计高效热解工艺提供了理论依据。

　　

论文解读

每年全球产生超过4亿吨塑料垃圾，其中聚丙烯(PP)占全球塑料市场的16%，其稳定的C-C主链和化学惰性导致传统热解需高温条件且产物不可控，成为循环经济的技术瓶颈。现有研究多依赖单一热重分析(TGA)，难以揭示分子层面的相互作用机制。为此，河北某研究团队在《Journal of the Energy Institute》发表研究，首次通过TG-MS与原位FTIR联用技术，动态追踪了PP与四种塑料(PE/PET/PVC/PS)及三种生物质(纤维素/木聚糖/木质素)共热解过程中的键裂解与产物演化规律。

研究采用TG-MS定量分析气态产物释放动力学，结合原位FTIR实时监测C-O、C=O等官能团演变。通过1:1混合样本的标准化实验设计，系统比较了不同碳链结构对PP热解路径的影响。

PP与PE协同：低温下PP通过H·自由基破坏PE主链规整性，抑制C=C键形成；高温区PP羟基片段与PE短链重组，促进烯烃富集（CH₄
产率降低23%）。

PP与PET协同：PET含氧片段诱导PP脱甲基，削弱主链稳定性，使热解温度降低40°C，同时促进CO₂
释放。

PP与PVC协同：PVC高温多烯结构加速PP主链断裂，驱动产物定向转化为不饱和烃（如C₃
H₆
）和含氯化合物（Cl^-
迁移率达68%）。

PP与PS协同：苯基团在低温触发PP活化，甲苯气体产率提升1.8倍；高温下苯乙烯片段与PP重组形成多环芳烃。

PP-生物质体系：灰分催化与含氧片段诱导共同作用，PP热解路径转向短链烃（C₂
-C₅
选择性提高35%）和单环芳烃（如甲苯）。

该研究建立了碳链结构-热解性能的构效关系模型，提出通过官能团互补设计协同体系的策略。例如PVC的Cl^-
与PP羟基结合可定向合成氯代烃，而木质素的酚羟基能抑制焦炭生成。这些发现为塑料/生物质共热解的产物精准调控提供了分子级理论框架，推动废弃物高值化利用技术的革新。