聚乙烯水热转化蜡的特性研究：溶剂效应调控与高值化应用探索

针对塑料污染治理难题，研究人员通过水热转化技术（hydrothermal conversion）将LDPE塑料转化为高附加值蜡产品，系统考察了温度（425°C最优产率98.8%）和极性溶剂（乙醇/乙酸）对产物分布的影响，发现乙醇促进芳构化（25.96%芳香化合物），乙酸则提升轻烃产率（83.2%），为塑料废弃物资源化提供了新思路。

　　

塑料污染已成为全球环境危机的标志性难题。据统计，2022年全球塑料产量突破4亿吨，但机械回收率不足7%，大量废弃塑料通过填埋或焚烧处理，不仅造成资源浪费，还会释放CO₂、二噁英等污染物。更严峻的是，海洋中85%的垃圾来自陆地塑料，这些材料在环境中缓慢降解为微塑料，对生态系统构成长期威胁。面对这一困局，科学家们开始探索将塑料转化为能源或高值化学品的技术路径。其中，水热转化（hydrothermal conversion）因其在相对温和条件下（374.3°C/22.12MPa）利用超临界水（SCW）实现高效转化而备受关注。

在这项发表于《Waste Management》的研究中，中国的研究团队（通讯作者单位未明确标注）创新性地聚焦聚乙烯（LDPE）水热转化过程中产生的蜡状产物。这类重烃（>C₂₀）传统上被视为中间产物，但其特性和调控机制长期未被系统研究。通过引入乙醇（C₂H₅OH）、乙酸（CH₃COOH）等溶剂构建差异化反应环境，团队首次揭示了溶剂极性对蜡产物分子结构的精准调控规律。

研究采用多尺度表征技术：通过高温气相色谱（HT-GC）分析碳链分布，差示扫描量热法（DSC）测定熔融特性，结合傅里叶变换红外光谱（FTIR）解析官能团演变。实验设计涵盖温度梯度（410-440°C）和溶剂配比（纯水至100%有机溶剂）的双变量调控体系。

温度对蜡特性的影响
在410-420°C区间，产物呈现类石蜡的固态特性，碳链长度集中在C_22.2；当温度升至425°C时，蜡产率高达98.8%，硬度与商业石蜡相当；温度突破430°C后，产物向液态轻烃转变，440°C时完全转化为柴油馏分（碳链C_15.3）。这种窄温窗（±5°C）内的相变现象，揭示了聚乙烯解聚反应的临界阈值效应。

溶剂效应的分子机制
乙醇的引入显著促进分子内环化，使芳香化合物占比提升至25.96%，这是由于羟基提供的活性氢促进了脱氢环化反应。相比之下，乙酸的羧基引发酸催化断链，使平均碳链长度缩短32%，轻烃产率提升至83.2%。值得注意的是，含氧溶剂会引发氧化副反应，导致产物中检出酯类和酮类化合物。

产物高值化应用
所得蜡产品具有双重应用潜力：长链蜡（C₂₀₊）可作为沥青改性剂降低施工温度；短链产物（C_10-20）适合作为炼厂裂解原料。通过溶剂筛选，可实现产物在润滑油基础油（乙醇体系）或汽油组分（乙酸体系）之间的定向转化。

这项研究的重要意义在于建立了塑料水热转化"温度-溶剂-产物特性"的定量关系模型，突破了传统热解技术对重烃产物调控不足的瓶颈。特别是发现溶剂极性可精准控制碳链长度分布（R2=0.93），为塑料废弃物定制化转化提供了新范式。未来通过耦合催化剂设计，有望实现从废塑料到特种化学品的一站式转化，推动"白色污染"治理向资源循环模式转型。