低成本铝土矿催化热解聚丙烯废弃物制取富氢气体与优质裂解油的协同优化研究

《Journal of the Indian Chemical Society》：Production of hydrogen-rich gaseous product from pyrolysis of polypropylene wastes using bauxite ore catalyst: yield analysis of various products

本研究针对聚丙烯废弃物(PPW)传统处理方式的环境污染问题，创新性地采用天然铝土矿催化剂，通过系统优化热解温度(575℃)、升温速率(15℃/min)和催化剂比例(10%)，获得高产率(75.14%)汽油馏分裂解油(PO)和富氢气体(H2 含量达9.8%)。FTIR/GC-MS证实PO富含2,4-二甲基庚烷等轻烃，GC分析显示催化剂显著提升H2 回收率，为塑料垃圾资源化提供了可持续解决方案。

　　

塑料垃圾已成为21世纪最严峻的环境挑战之一，全球每年产生超过4亿吨塑料废弃物，其中聚丙烯(PP)占比高达16%。这种材料在自然环境中需数百年才能降解，传统填埋和焚烧处理又会引发有毒物质泄漏和二恶英排放问题。虽然生物炭基复合材料展现出环保潜力，但塑料废弃物的直接资源化利用仍存在技术空白。在此背景下，印度国家理工学院杜尔加普尔分校的Ravindra Kumar团队在《Journal of the Indian Chemical Society》发表研究，创新性地利用富含Al₂
O₃
/Fe₂
O₃
的天然铝土矿催化剂，通过热解技术将汽车保险杠等PP废弃物转化为高附加值能源产品。

研究采用热重分析(TGA)和批次反应器联用技术，首先通过TGA证实铝土矿可使PPW降解温度降低约10℃。随后系统考察了525-600℃温度区间、5-15℃/min升温速率及催化剂比例对产物分布的影响，结合FTIR光谱和GC-MS对裂解油组分进行定性定量分析，GC技术则用于气体产物组成测定。

【Feed material】
研究选取废弃汽车保险杠作为PPW原料，经粉碎至0.25-0.30mm后，通过CHNS元素分析仪和热重法测定其固定碳含量达85.6%，证实其作为热解原料的优越性。

【Composition of PPW, PO and catalyst】
铝土矿催化剂的XRF分析显示其含58.7% Al₂
O₃
和21.3% Fe₂
O₃
，这种混合金属氧化物协同促进了C-C键断裂。在575℃/15℃/min优化条件下，PO中总有机碳(TOC)达82.4%，GC-MS检测到2,6-二甲基壬烷等汽油馏分占比提升37%。

【Conclusion】
研究证实铝土矿通过三重机制提升产物质量：①Al₂
O₃
活性位点促进轻烃生成；②Fe₂
O₃
驱动水蒸气重整反应增产H₂
；③介孔结构强化传质效率。最终获得75.14% PO产率和9.8% H₂
含量的气体产物，其中PO的汽油馏分比例较热解对照提升2.1倍。

该研究突破性地实现了"一石三鸟"——既解决白色污染问题，又同步生产车用燃料和清洁氢能。特别是利用廉价铝土矿替代贵金属催化剂，使工艺成本降低60%以上，为发展中国家塑料垃圾资源化提供了可推广的范本。研究提出的"热解-催化重整"协同机制，为设计新型废弃物转化系统提供了理论依据，有力推动了循环经济在能源领域的实践。