混合塑料共热解中产物选择性的可调控机制：通过协同效应提升烯烃选择性与优化油品收率

为解决混合塑料废弃物资源化利用难题，研究人员开展HDPE/LDPE共热解研究，发现3:1配比(HL31)具有最低活化能(212.44 kJ·mol?1)和最高油收率(85%)，自由基相互作用显著提升2,4-二甲基-1-癸烯等烯烃选择性至30%，为混合塑料定向转化提供新策略。

　　

全球每年产生数百万吨不可降解的聚乙烯(PE)废弃物，传统机械回收方法难以处理混合塑料，尤其是高密度聚乙烯(HDPE)和低密度聚乙烯(LDPE)的混合物。这两种塑料因分子结构差异导致分离困难，而单独热解又面临产物选择性低的问题。如何实现混合PE的高效转化并定向获取高附加值化学品，成为塑料循环经济领域的关键挑战。

青岛科技大学机电工程学院Weixuan Wang团队在《Polymer Testing》发表研究，通过系统调控HDPE/LDPE混合比例，揭示共热解过程中产物选择性的调控机制。研究采用热重分析(TG)、差示热重分析(DTG)结合Flynn-Wall-Ozawa(FWO)、Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)和Starink(STA)三种动力学方法计算活化能，并利用气相色谱-质谱联用(GC-MS)分析产物分布。实验设置1:1(HL11)、1:3(HL13)和3:1(HL31)三种混合比例，在10-30 K·min^?1升温速率下进行热解特性研究。

共热解特性分析

热重曲线显示HL31混合物的热解终止温度比纯LDPE降低15 K，DTG单峰特征表明反应为单步过程。红外光谱在1646 cm^?1处C=C键振动峰增强，证实高温处理促进烷烃链断裂生成烯烃结构。

协同效应验证

通过ΔW值定量分析发现，HL31在10 K·min^?1时协同促进效应最显著，而HL11因相分离和热阻效应呈现抑制作用。快速升温至20-30 K·min^?1时，所有比例均转为促进效应，表明传热效率影响协同程度。

动力学参数解析

采用FWO、KAS和STA三种模型计算得出HL31活化能最低(212.44 kJ·mol^?1)，符合随机成核与生长模型(A_3/2)。相比之下，HL11遵循界面反应机制(R₃)，活化能高达222 kJ·mol^?1，证实混合比例显著改变反应路径。

产物分布优化

HL31获得85%的油品收率，介于纯HDPE(88%)和LDPE(80%)之间。GC-MS分析显示其烯烃含量达30%，较纯组分提升5-8%，其中2,4-二甲基-1-庚烯含量增加11.4%。自由基重组反应抑制烷烃形成，促进2,4-二甲基-1-癸烯等烯烃的富集。

反应机制阐释

研究提出双路径自由基反应模型：HDPE提供的长链自由基与LDPE短链自由基通过途径5发生重组，减少氢转移反应，从而降低烷烃产率。同时形成的次级自由基直接转化为烯烃，实现产物选择性调控。

该研究首次阐明HDPE/LDPE比例依赖型协同机制，为混合塑料定向转化提供理论依据。通过优化HL31配比，同步实现85%油品收率和30%烯烃选择性的突破，推动塑料热解技术工业化应用。未来研究需拓展更宽温度范围和催化剂协同作用，以进一步提升产物经济价值。