镍基催化剂协同正己烷溶剂促进LDPE氢解制备高值链烷烃的创新研究

本研究针对聚烯烃废弃物升级回收的经济性瓶颈，开发了Ni/SiO2催化剂在正己烷溶剂中高效氢解低密度聚乙烯(LDPE)的体系。在300°C、2 MPa H2温和条件下实现58 wt.%液体收率，产物集中于高附加值C5-C22直链烷烃，为塑料闭环回收提供了兼具经济效益与环境友好的解决方案。

　　

随着全球塑料年产量突破4.8亿吨，如何处理这些"白色污染"已成为迫在眉睫的环境挑战。低密度聚乙烯(LDPE)作为最常见的包装材料，其回收率不足10%，绝大多数通过填埋或焚烧处理，不仅造成资源浪费，还会产生微塑料污染和温室气体。传统机械回收会导致材料性能劣化，而热裂解虽能转化塑料为燃料，却面临产物选择性差、能耗高等问题。如何在温和条件下将塑料"变废为宝"，转化为高值化学品，成为化学回收领域的关键科学问题。

浙江大学的研究团队在《Journal of the Energy Institute》发表论文，创新性地将非贵金属镍基催化剂与正己烷溶剂协同作用，实现了LDPE高效氢解为高附加值链烷烃。研究通过对比不同载体催化剂性能，发现Ni/SiO₂因形成层状硅酸镍活性相，在300°C、2 MPa H₂条件下获得58 wt.%液体收率，产物主要分布在可直接替代石油基燃料的C₅-C₂₂范围。正己烷溶剂不仅降低熔融聚合物粘度，还通过改善质量传递特性促进C-C键断裂，为聚烯烃废弃物的经济性升级回收提供了新思路。

研究采用浸渍法制备系列镍基催化剂，通过X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)表征催化剂结构，在高压反应釜中进行溶剂/无溶剂对照实验，利用气相色谱-质谱联用(GC-MS)分析产物分布。

确认正己烷溶剂对LDPE氢解的促进作用
对比实验显示，添加正己烷使LDPE转化率从70 wt.%提升至76 wt.%，液体产物收率增加7个百分点。溶剂通过降低体系粘度和增强传质效率，促使产物碳数分布更集中（C₅-C₂₂占比提升），同时抑制甲烷等副产物生成。

催化剂载体筛选与性能优化
在SiO₂、Al₂O₃、ZrO₂等载体中，Ni/SiO₂表现出最高活性。表征证实镍与二氧化硅相互作用形成层状硅酸镍结构，这种特殊界面增强了氢活化能力，使C-C键断裂选择性达89%。

反应条件调控与产物分布
在300°C、2 MPa H₂最优条件下，液体产物中直链烷烃选择性超过90%，且几乎不产生芳香烃。反应时间延长至6小时可使转化率提升至82%，但过长时间会导致过度裂解为轻质烃。

该研究通过构建Ni/SiO₂-正己烷协同体系，突破了非贵金属催化剂在温和条件下活性不足的限制。相较于贵金属催化剂，镍基催化剂成本降低90%以上，且正己烷可循环使用，使处理每吨塑料的能耗成本降低35%。产物中C₈-C₁₆组分可直接作为航空煤油调合组分，C₁₇-C₂₂组分适合生产生物润滑油，实现了塑料废弃物到高值化学品的定向转化。这项工作为开发兼具经济可行性和环境友好性的塑料闭环回收技术提供了重要范式，对实现"双碳"目标下的资源循环利用具有战略意义。