《Environmental Research》：Non-catalytic microwave-assisted co-pyrolysis of glycerol and polypropylene: product distribution and synergistic mechanisms for monocyclic aromatic hydrocarbons formation
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摘要通过常规热化学方法将废弃塑料转化为单环芳烃（MAHs）存在反应控制差和选择性低的问题。虽然催化剂可以改善产物分布，但催化剂不可避免的老化会导致高昂的运营成本以及耗时的再生过程。本研究提出了一种微波辅助甘油与聚烯烃塑料共热解策略，无需外加催化剂即可实现单环芳烃产量的显著提升
摘要
通过常规热化学方法将废弃塑料转化为单环芳烃（MAHs）存在反应控制差和选择性低的问题。虽然催化剂可以改善产物分布，但催化剂不可避免的老化会导致高昂的运营成本以及耗时的再生过程。本研究提出了一种微波辅助甘油与聚烯烃塑料共热解策略，无需外加催化剂即可实现单环芳烃产量的显著提升。系统研究了聚烯烃类型、原料配比、微波功率及进料方式对芳烃分布的影响，并采用原位傅里叶变换红外光谱（FTIR）追踪中间体的生成与转化。在甘油/聚丙烯质量比为6:4、微波功率为800 W且采用单批进料的优化条件下，热解油中单环芳烃的相对含量达到57.95%。此外，单环芳烃占总芳烃的88.7%，表明在无外加催化剂条件下对单环芳烃具有高度选择性。原位FTIR和产物分析表明，甘油优先发生热解，生成氢转移物种和含氧中间体。这些物种被认为通过氢转移和脱氧反应调节反应环境，促进芳构化并抑制过度裂解，从而表现出显著的协同效应。本研究为甘油/聚丙烯共热解过程中的协同相互作用提供了新见解，并突出了在微波辅助条件下提高生物基甘油和废弃塑料中单环芳烃形成的一种潜在途径。
引言
随着塑料生产和消费量的不断增加，环境中聚烯烃废弃物的积累已成为严重问题。聚烯烃是最广泛使用的热塑性塑料之一，具有高碳含量和高氢碳比（H/C）的特征（Xiao等，2025）。其热解可生产燃料油和珍贵化学品，因此被认为是资源回收的重要途径。然而，塑料热解通常会产生大量蜡状物和重烃，导致芳烃产率较低（Xu等，2024；Yang等，2025）。
甘油是生物柴油生产的主要副产物。其产量持续增长，但利用率仍然较低。与其他生物源含氧化合物相比，甘油的分子结构相对简单，含有三个羟基且无复杂的芳环或聚合骨架。这一特征使甘油成为研究共热解过程中生物源含氧物种与烃类中间体相互作用的合适模型化合物（Xu等，2023）。同时，它也避免了生物油或木质素衍生物中多组分带来的复杂性。由于其富含羟基的结构，甘油在热解过程中容易发生脱水、裂解和重排反应，生成CO、CO2以及各种小分子含氧中间体（He等，2022；Li等，2025）。这些含氧中间体可能参与共热解过程中聚烯烃衍生产物的转化。然而，甘油的碳骨架相对不稳定，不易发生缩合和芳构化反应。单独热解时，其产物主要是含氧化合物（Geng等，2012）。为克服这些局限性，将甘油与具有高氢碳比的聚烯烃进行共热解有望实现互补优势。因此，如何调控反应路径以提高这两种原料的高值化转化效率、促进芳构化并提升目标产物的选择性，已成为关键科学问题。
近年来，共热解技术因其协同效应而受到广泛关注。研究表明，含氧有机物与聚烯烃共热解过程中，自由基相互作用、氢转移和碳骨架重排改变了产物分布，这些过程还可以提高液体产率并促进芳香烃的形成（Liu等，2025a；Liu等，2025b；Yang等，2026）。然而，现有大多数研究侧重于催化体系（He等，2026；Tran等，2026）。尽管催化剂可以提高产物选择性，但存在成本高、易因积碳而失活以及再生耗时等缺点。因此，开发无需外加催化材料的高效转化途径日益受到关注。
微波加热是一种体积加热方法，具有升温迅速、选择性加热和能效高的特点（Fu等，2025；Kishimoto等；Qiu等，2025）。与传统传导加热相比，微波辐照可以创建更加均匀的温场，缩短反应时间并增强自由基反应（Fodah等，2025；Shen，2025）。高度极性的含氧分子（如甘油）通常因其分子极性而比非极性的聚丙烯表现出更强的微波响应性（Ahmad等，2024）。因此，甘油和聚丙烯不同的微波响应可能影响其加热行为（Islam等，2025）。这种差异为调控共热解过程中甘油衍生的含氧中间体与聚丙烯衍生产物之间的相互作用提供了潜在机会。然而，微波辅助加热如何影响甘油和聚丙烯的协同转化、以及如何在无外加催化剂条件下调控芳构化，目前尚不清楚。
基于上述背景，本研究提出了一种微波辅助甘油与聚烯烃无外加催化剂共热解策略，旨在探究其固有协同转化行为。与先前的催化共热解研究不同，本研究重点关注无催化共热解过程中微波辅助加热、甘油衍生的含氧中间体与烃类物种之间的相互作用。系统研究了聚烯烃类型、原料配比、微波功率和进料方式对产物分布和芳烃选择性的影响。选用纯甘油作为模型化合物，以最大限度减少粗甘油中常见杂质的影响，从而在明确条件下实现更清晰的机理阐释。对液体和气态产物进行了分析，并采用原位傅里叶变换红外光谱（FTIR）实时监测官能团和反应中间体的演变。基于这些结果，进一步研究了含氧中间体与聚丙烯热解产物之间的相互作用，重点考察含氧物种的演变、反应路径和芳构化行为。本研究为利用生物源含氧化合物非催化调控聚烯烃转化提供了新见解，并突出了提高废弃塑料中芳香烃形成的一种潜在途径。
章节摘要
材料
甘油（CAS号：56-81-5）、聚丙烯（CAS号：9003-07-0）、低密度聚乙烯（CAS号：9002-88-4）和高密度聚乙烯（CAS号：9002-88-4）均购自上海麦克林生化科技有限公司。
热解实验
如图1所示的热解装置由三个主要部分组成：反应区、热绝缘区和冷凝区。微波炉（MASS-II-Plus，Sineo）工作频率为2450 MHz。基于先前的研究
聚烯烃类型对共热解的影响
本节研究了甘油与三种聚烯烃（PP、LDPE和HDPE）共热解对产物分布的影响。结果与甘油和每种聚烯烃单独热解所得结果进行了比较。热解条件如下：单批进料、甘油与塑料质量比为6:4、热解温度为550°C。
聚烯烃类型对产物产率的影响如图2所示。热解过程中
结论
本研究在无外加催化剂条件下开展了微波辅助甘油与聚烯烃共热解。结果表明，聚烯烃类型、原料配比、微波功率和进料方式显著影响热解油中单环芳烃的相对含量。在甘油/聚丙烯质量比为6:4、微波功率为800 W且采用单批进料的优化条件下，热解油中单环芳烃的相对含量达到
CRediT作者贡献声明
Yunpu Wang（王云浦）：写作 – 审阅与编辑、方法论、经费获取。Dong Shu（舒栋）：写作 – 初稿撰写。Leilei Dai（戴磊磊）：软件。Roger Ruan（阮荣）：方法论。Yunfeng Zhao（赵云峰）：方法论。xiaoling Ma（马晓玲）：调查。Hui Li（李辉）：可视化。Qiuhao Wu（吴秋浩）：调查。Linyao Ke（柯林瑶）：软件。Yuan Zeng（曾远）：写作 – 审阅与编辑。Anqi Dai（戴安琪）：形式分析
利益冲突声明
? 作者声明不存在已知的竞争经济利益或个人关系，这些利益关系或个人关系可能影响本论文所报告的工作。
致谢
本项目获得国家自然科学基金（编号：52476201）、国家重点研发计划（2025YFF1107302）、江西省国际科技合作计划项目（20253BDH410008）、江西省双千计划（jxsq2023201041）、江西省中央引导地方科学与技术发展专项资金（20252ZDD020002）、中国留学基金管理委员会（202406820070）的资助。
舒栋|曾远|戴安琪|吴秋浩|柯林瑶|马晓玲|李辉|赵云峰|戴磊磊|阮荣|王云浦
南昌大学食品科学与资源国家重点实验室，生物质转化教育部工程研究中心，江西南昌330047
