综述：超临界水中聚烯烃水热液化化学回收的研究进展

这篇综述系统探讨了超临界水液化（SCWL）技术在处理聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）等聚烯烃废弃物中的应用，总结了其在温度（425–450°C）、压力（≥22 MPa）和反应时间（15–60分钟）下的高效油产率（达95 wt.%），并分析了反应动力学、添加剂影响及工业化挑战，为塑料循环经济提供了绿色解决方案。

　　

超临界水液化技术：聚烯烃化学回收的新前沿

1. 引言

塑料污染已成为全球环境危机，其中聚烯烃（PE和PP）占塑料废弃物的70%以上。传统机械回收面临混合或污染废料的限制，而超临界水液化（SCWL）通过水在临界点（374°C，22.1 MPa）以上的独特性质，将聚烯烃转化为高价值油类（产率高达95 wt.%），成为极具潜力的替代方案。

2. 反应机制与关键因素

水的双重角色：超临界水（SCW）既是溶剂又是反应介质，其低介电常数和高扩散性促进自由基介导的断链反应。例如，SCW通过“笼效应”稳定自由基中间体，抑制焦炭形成。

聚烯烃结构影响：PE的线性链和PP的甲基支链导致不同降解路径。PP因叔碳结构更易生成芳烃（如苯、甲苯），而PE主要产生直链烷烃。

添加剂挑战：商用塑料中的填料（如CaCO₃）、阻燃剂和稳定剂可能干扰反应。例如，1 wt.% CaCO₃可提升油产率18%，但高浓度会阻碍热传导。

3. 工艺参数优化

温度与时间：425–450°C和15–60分钟为最佳条件。超过450°C时，二次裂解导致气体产率上升（如HDPE在530°C时气体产率从3%跃至22%）。

水塑比（W/P）：2:1至6:1的W/P比例平衡转化效率与能耗。低比例易导致相分离，而高比例（>10:1）会稀释反应物，促进气化。

连续反应器突破：Zhang等设计的180 mL连续流系统在530°C下实现79%油产率，显著优于批次反应器。

4. 工业化进展与挑战

商业系统：Licella的Cat-HTR^TM和Mura的Hydro-PRT^TM已实现模块化部署，处理能力达20,000吨/年，油品符合石化标准。

能源整合：通过热回收和非冷凝气体燃烧，能耗降低40%。例如，Hydro-PRT^TM采用双螺杆挤出机进料，减少水稀释需求。

未解难题：高压操作（>22 MPa）的材料腐蚀、催化剂失活及废水处理仍需突破。

5. 未来方向

研究需聚焦于：

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  开发SCWL条件下的动力学模型；

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  评估真实废料对催化剂的长期影响；

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  优化油品升级路径（如加氢处理）；

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  开展全生命周期分析（LCA），对标热解等技术。

超临界水液化技术正从实验室迈向工业，有望成为塑料循环经济的核心支柱，将顽固的聚烯烃废弃物转化为宝贵的资源。