界面自组装法制备Fe3O4纳米催化剂用于废塑料催化热解升级回收

针对废塑料热解中催化剂形貌控制难、产物分离效率低等问题，研究人员通过界面自组装技术构建了Fe3O4纳米催化剂薄膜，系统考察了S304/Ni/Ti/Cu等基底对碳纳米管(CNT)选择性的影响。该策略实现了207 mg/g塑料的CNT产率，且产物可物理剥离，为塑料升级回收提供了新范式。

　　

塑料污染已成为全球性环境挑战，传统填埋和焚烧处理方式不仅造成资源浪费，还会释放有害物质。催化热解技术可将废塑料转化为高附加值碳纳米材料，其中碳纳米管(CNT)因其优异的导电性和机械性能备受关注。然而，现有催化剂制备方法（如浸渍法）存在形貌不可控、易烧结等问题，且粉末催化剂与CNT产物难以分离，大幅增加处理成本。

为解决这些问题，来自华东理工大学等机构的研究团队在《Catalysis Today》发表研究，首次将界面自组装技术应用于废塑料热解催化剂设计。该团队通过水-油界面自组装预合成的Fe₃O₄纳米颗粒，构建出结构规整的催化剂薄膜，并转移至S304不锈钢、镍、钛、铜等不同基底，系统研究了基底效应对CNT生长的影响。

关键技术包括：1）基于界面能最小化原理的纳米颗粒自组装技术；2）多金属基底（S304/Ni/Ti/Cu）的对比实验设计；3）通过超声剥离实现CNT与基底的高效分离。

研究结果显示：

1. 基底选择效应：S304体系展现出最优的CNT选择性，碳产率达207 mg/g塑料，而Ni和Ti基底虽总碳产量更高但CNT纯度较低。
2. 形貌控制优势：自组装法制备的催化剂呈现均匀单层排布，避免了传统浸渍法的团聚问题，经煅烧后形成尺寸均一的活性位点。
3. 分离便捷性：块状基底支撑的催化剂可通过物理刮擦或超声实现CNT分离，省去传统酸洗纯化步骤。

结论部分指出，该工作首次将界面自组装策略拓展至塑料热解催化剂领域，建立的基底-催化剂-产物构效关系为定向合成CNT提供了新思路。特别是S304不锈钢基底兼具经济性与催化性能，具备工业化应用潜力。研究团队进一步展示了该技术在网状基底上的扩展应用，通过增大比表面积实现了更高通量的CNT生产。

这项研究的意义在于：1）开发了可精确调控催化剂形貌的通用平台；2）揭示了基底材料在热解过程中的关键作用；3）为解决催化剂与产物分离难题提供了创新方案。该成果不仅推动废塑料资源化技术的发展，其界面自组装策略还可延伸至其他多相催化体系的设计。