PET与木槿花协同共热解：基于黄酮类化合物催化机制优化热解产率与燃料品质的可持续策略

本研究针对塑料废弃物(PET)热解过程中产物分布不均、油品不稳定的难题，创新性地引入木槿花(HRS)作为共热解原料。研究发现10%HRS添加比例可产生显著协同效应，使油产率提升至538ml(78.6%)，辛烷值达98，高热值保持46.65MJ/kg。HRS中黄酮类化合物通过促进键断裂、稳定自由基等催化机制，显著提升CH4 和H2 等气体产率，为塑料废弃物资源化提供了绿色解决方案。

　　

全球塑料污染危机日益严峻，其中聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)作为包装材料的主要成分，因其难以降解特性成为环境治理的顽疾。传统机械回收面临技术瓶颈，而单纯热解又存在产物不稳定、分布不均等问题。在此背景下，研究人员将目光投向生物质共热解技术——通过将塑料与植物材料协同处理，既能提升产物质量，又可实现废弃物协同处置。

发表在《South African Journal of Chemical Engineering》的这项研究，创新性地选用热带常见植物木槿花(Hibiscus rosa-sinensis, HRS)作为PET的共热解原料。研究团队系统考察了不同配比(100%PET至80:20 PET-HRS)在350°C下的热解行为，结合实验分析与HyperChem分子模拟，揭示了HRS中黄酮类化合物的催化机制。关键技术包括：采用PID控温的不锈钢反应器系统，实时气体组分监测(MQ系列传感器)，产物理化性质测定(粘度计、弹式量热器等)，以及基于量子力学计算的分子动力学模拟。

【产品产率分布】
液体产物形成：90:10配比实现最大油产率538ml(393g)，较纯PET提升3.6%，黄酮类物质通过促进PET链断裂显著提高挥发分产出。固体产物形成：HRS添加使固体产率从7%增至7.8%，其木质纤维素组分贡献固定碳残留。气体产物形成：CH₄
和H₂
产率平均提升86.46ppm和84.54ppm，HRS的氧合中间体促进重整反应。

【热解产物的燃料特性】
辛烷值：在90:10配比达98RON，分子模拟显示HRS诱导生成更多支链烃。热值：保持46.65MJ/kg高位水平，短链烃比例增加至66.1%。闪点：随HRS增加呈V型变化，20%添加时回升至21°C，与芳香烃含量提升相关。流变特性：粘度从3.125cSt增至5.322cSt，密度上升至0.794g/ml，反映氧合化合物增多。

【分子特性影响】
静电势分析显示HRS引入使产物极性增强，FTIR证实羰基(1720cm^-1
)和羟基(3400cm^-1
)特征峰强化。GC-MS揭示80:20配比中芳香烃占比升至17.04%，C₇
-C₁₀
组分增加10%。HyperChem模拟表明总能量随HRS增加而上升，90:10配比动能最低(12.5kcal/mol)，对应最稳定反应构型。

【协同机制与催化作用】
黄酮类物质通过三个路径发挥催化效能：(1)酚羟基提供质子促进PET解聚；(2)共轭体系稳定裂解自由基；(3)多孔结构改善传热。在90:10配比时达到最佳平衡，此时生物活性成分既能充分参与反应，又避免过量木质素导致过度碳化。

这项研究的重要意义在于：首次系统阐释了HRS在塑料热解中的"生物催化"作用，开发出油产率与辛烷值同步提升的优化方案。相较于传统金属催化剂，植物源性催化剂具有成本低、环境友好等优势，为发展"塑料-植物"协同处置技术提供了理论基础。特别是发现10%HRS添加即可产生显著协同效应，大幅降低了生物质用量需求，使该技术具备规模化应用潜力。未来研究可进一步筛选高黄酮含量植物，或通过预处理强化其催化活性，推动废弃物资源化技术向更高效、更绿色的方向发展。