离子液体催化剂低温氢化处理废塑料制备柴油：能源效率与废弃物治理的创新策略

为解决塑料废弃物污染及传统高温氢化处理能耗高的问题，研究人员开发了一种基于1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐（EMIM-OTf）固载化镍催化剂（Ni/SBA-15/EMIM-OTf）的低温氢化工艺（190°C，70 bar H2 ），将混合塑料热解油（MP-PO）转化为符合EN 590标准的柴油组分（HMP-PO）。该技术通过离子液体的配体效应和过滤效应降低反应温度，产物中正构烷烃（n-paraffins）和异构烷烃（isoparaffins）分别匹配商业柴油的95%和90%，同时芳烃含量提升3.65%，为塑料循环经济提供了低能耗解决方案。

　　

全球塑料污染危机日益严峻，每年约4.6亿吨的产量中仅9%被回收，其余通过填埋或焚烧导致微塑料和有毒添加剂进入生态系统。传统塑料热解-氢化技术需300–400°C高温，能耗高且催化剂易失活。针对这一挑战，国内研究人员在《Fuel Processing Technology》发表研究，提出了一种基于离子液体（IL）功能化催化剂的低温解决方案。

研究团队设计了一种新型固体催化剂（Ni/SBA-15/EMIM-OTf），通过将1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐（EMIM-OTf）固载于介孔镍载体，利用离子液体的电子调控和溶解度选择性（配体效应与过滤效应），在190°C、70 bar H₂
条件下实现塑料热解油高效转化。关键技术包括：湿法浸渍制备5% Ni/SBA-15载体，EMIM-OTf甲醇溶液浸渍获得10% IL负载量；ZSM-5催化热解PP/LDPE/HDPE（1:1:1混合）；GC-MS分析产物分布；发动机测试评估HMP-PO与柴油混合燃料性能。

催化剂表征
XRD和FT-IR证实EMIM-OTf均匀覆盖Ni/SBA-15表面，NH₃
-TPD显示总酸度从0.92增至1.76 mmol/g。BET分析表明IL负载使比表面积从711.56降至621.54 m²
/g，但保留介孔结构（HR-TEM显示6–8 nm孔径）。TGA证明催化剂在270°C以下稳定，满足低温反应需求。

氢化效率
GC-MS显示HMP-PO中正构烷烃（C_10–25
）占比70.21%，较原料油（MP-PO）提升18%，其中C_21–25
重质组分从34.42%降至8.88%，证实高效 hydrocracking。异构烷烃含量达20.82%，接近柴油（20.88%），芳烃（苯/萘衍生物）增至29.79%。产物密度（848.5 kg/m³
）、粘度（3.23 mm²
/s）和十六烷值（64）均符合EN 590标准。

发动机性能
20% HMP-PO混合燃料在满负荷下热效率达柴油的95%，NOx排放仅高11.4%，但未燃烃（UHC）降低12.9%。离子液体通过稳定镍活性中心（回收3次后活性保持90%）和促进氢扩散，实现低温下C=C键饱和与裂解。

该研究突破性地将塑料转化温度降低110°C，能量消耗减少40%，同时产物与化石柴油兼容。离子液体催化剂通过电子传递（EMIM⁺
→Ni）和阴离子（OTf^?
）配位调控反应路径，为废弃物-能源转化提供了商业化潜力。未来可通过优化IL负载量（如5–15%）平衡孔隙率与活性，进一步降低成本。