综述：沸石基复合催化剂在聚乙烯催化裂解中的理性设计

这篇综述系统阐述了沸石基复合催化剂在聚乙烯（PE）催化裂解中的结构设计与性能调控策略，重点探讨了载体沸石的孔结构（微孔/介孔）、形貌（片状/层状）及酸性位点（Br?nsted/Lewis酸）对反应路径（β-断裂、芳构化）和产物选择性（轻质烯烃C3-C6、芳烃BTEX）的影响，为塑料废弃物高值化转化提供了理论依据。

　　

沸石基复合催化剂在聚乙烯催化裂解中的理性设计

1. 引言

聚乙烯（PE）作为全球产量最高的聚烯烃（占比48%），其废弃物管理面临严峻挑战。传统填埋和焚烧处理会导致土地污染和有毒气体（如二噁英）排放，而催化裂解技术能将PE转化为燃料（汽油C₅-C₁₂）和高值化学品（轻烯烃、芳烃），成为最具工业前景的化学回收策略。其中，沸石基催化剂凭借规则孔道、可调酸性和优异热稳定性成为研究核心，但其结构-性能关系尚不明确。

2. 聚乙烯催化裂解机理

PE裂解遵循碳正离子机制：Br?nsted酸位点（BAS）质子化PE链生成五配位碳正离子，经异构化后发生β-断裂，最终形成短链烃。副反应包括Diels-Alder（D-A）环化和脱氢芳构化，而Lewis酸位点（LAS）通过捕获氢物种促进芳烃生成。CO₂辅助裂解中，金属位点（如CuZnZrO_x）可活化CO₂捕获H⁺，将芳烃选择性提升至64%。

3. 沸石的载体效应

3.1 孔结构影响

• 微孔尺寸：ZSM-5（0.55 nm十元环）倾向生成C₇-C₈芳烃，而HY（0.74 nm十二元环）因超大笼（1.24 nm）更易形成C₁₀-C₁₁芳烃。
• 分级孔道：引入介孔可缩短扩散路径，如Zn/meso-ZSM-5使芳烃产率达76.7%，且积碳量降低50%。

3.2 形貌调控

• 片状沸石：b轴截短的s-ZSM-5（80-100 nm厚度）加速烯烃扩散，C₃-C₆烯烃选择性达62.6%。
• 自柱撑沸石：层状LY-0.225-HY因高比表面积（842 m²/g）和开放介孔，C₃-C₄气体产率提升57%。

3.3 酸性位点作用

• B/L酸协同：Ga/ZSM-5中Ga³⁺覆盖强酸位，B/L值降低使芳烃选择性达94%。
• 酸密度：低Si/Al比HZSM-5（如Si/Al=24）总酸量1.46 mmol/g，芳烃产率提升至28%。

4. 沸石基复合催化剂

4.1 金属-沸石复合物
Zn/HZSM-5中[ZnOH]⁺与BAS协同，使BTX选择性达93%。Pt/MnO_x-ZSM-5通过金属-酸双功能作用，芳烃产率60%。

4.2 金属氧化物-沸石复合物
Cu-Fe₃O₄与Zn/ZSM-5串联催化时，CO₂通过RWGS反应消耗H⁺，抑制烷烃生成并提升芳烃产率至56%。

5. 结论与展望

当前研究仍面临长链分子扩散限制和产物选择性调控的挑战。未来需开发兼具介孔通道（如3DOm-i）和精准酸分布（如Al定位调控）的新型催化剂，并探索CO₂共转化等绿色工艺，推动PE催化裂解技术向工业化迈进。