国产三级精品三级在线观看,国产高清无码在线观看,中文字幕日本人妻久久久免费,亚洲精品午夜无码电影网

研究背景

隨著時(shí)間的推移，塑料廢棄物的數(shù)量預(yù)計(jì)將在2050年達(dá)到超過(guò)250億噸，這引起了對(duì)化學(xué)回收塑料廢棄物方法的緊迫關(guān)注。其中，將聚烯烴轉(zhuǎn)化為有用產(chǎn)品的技術(shù)具有重要意義。聚烯烴的轉(zhuǎn)化關(guān)鍵在于打破其惰性的C(sp³)–C(sp³)鍵，并實(shí)現(xiàn)對(duì)所需產(chǎn)品的高度選擇性。然而，目前的方法往往依賴于使用有機(jī)金屬?gòu)?fù)合物、貴金屬催化劑以及復(fù)雜的反應(yīng)器或下游處理，限制了其工業(yè)應(yīng)用的可行性。

其中一個(gè)挑戰(zhàn)是在不使用外部氫源的情況下實(shí)現(xiàn)聚烯烴的有效轉(zhuǎn)化。目前的一些方法需要高壓氫氣或富氫的共反應(yīng)物來(lái)促進(jìn)轉(zhuǎn)化過(guò)程，這增加了成本和工藝復(fù)雜性。此外，采用傳統(tǒng)的貴金屬催化劑或沸石作為催化劑時(shí)，通常產(chǎn)物的選擇性較低，或者聚烯烴的轉(zhuǎn)化率不高，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

成果簡(jiǎn)介

鑒于此，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所韓布興院士團(tuán)隊(duì)、林龍飛；北京師范大學(xué)韓雪，北京大學(xué)楊四海等人在Nature Chemistry發(fā)題為“Upcycling of polyethylene to gasoline through a self-supplied hydrogen strategy in a layered self-pillared zeolite”研究論文。他們通過(guò)開(kāi)發(fā)一種自供氫策略，旨在直接將聚乙烯（PE）轉(zhuǎn)化為高選擇性的汽油產(chǎn)品，而無(wú)需使用貴金屬催化劑或外部氫源。這項(xiàng)研究報(bào)道了一種獨(dú)特的層狀自支撐沸石（LSP-Z100），其具有廣泛的開(kāi)放框架三配位鋁位點(diǎn)（oFTAl），作為強(qiáng)路易斯酸位點(diǎn)，能夠有效激活PE的惰性C–H鍵，并實(shí)現(xiàn)內(nèi)部供應(yīng)氫的高效活性。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)和分析技術(shù)，研究人員揭示了自供氫機(jī)制，并證明了該方法在240°C下能夠以99%的選擇性和81%的產(chǎn)率將PE轉(zhuǎn)化為汽油產(chǎn)品。這些結(jié)果表明，這種自供氫策略不僅能夠解決傳統(tǒng)方法中存在的依賴外部氫源的問(wèn)題，還能夠?qū)崿F(xiàn)高度選擇性的聚烯烴轉(zhuǎn)化，為實(shí)現(xiàn)塑料廢棄物的化學(xué)回收提供了新的思路和方法。此外，所采用的層狀自支撐沸石具有成本低廉、催化穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，具有較大的工業(yè)應(yīng)用潛力。

圖文導(dǎo)讀

研究者旨在開(kāi)發(fā)一種無(wú)需貴金屬催化劑或外部氫源的方法，將聚乙烯（PE）轉(zhuǎn)化為汽油，以應(yīng)對(duì)日益增長(zhǎng)的塑料廢棄物問(wèn)題。為此，圖1展示了兩種不同的化學(xué)轉(zhuǎn)化路徑。圖1a顯示了使用高壓氫氣和貴金屬催化劑將PE轉(zhuǎn)化為正烷烴的傳統(tǒng)方法。而圖1b則展示了他們提出的自供氫（SSH）策略，通過(guò)層狀自支撐沸石（LSP-Z100）在溫和條件下將PE直接轉(zhuǎn)化為汽油。在圖1b中，汽油的產(chǎn)率達(dá)到81%，而且選擇性高達(dá)99%，這意味著幾乎所有的產(chǎn)品都是所需的汽油，而不是其他副產(chǎn)物。

此外，研究者還觀察到，得到的汽油具有高研究辛烷值（RON）88.0，相當(dāng)于商業(yè)級(jí)汽油。通過(guò)研究他們發(fā)現(xiàn)，LSP沸石具有廣泛的開(kāi)放框架三配位鋁位點(diǎn)（oFTAl），這些位點(diǎn)作為強(qiáng)路易斯酸位點(diǎn)，能夠激活PE中的惰性C–H鍵，從而在內(nèi)部提供氫氣。因此，他們的SSH策略能夠?qū)崿F(xiàn)高效的PE轉(zhuǎn)化，并且無(wú)需外部氫氣來(lái)源，為塑料廢棄物的可持續(xù)化學(xué)回收提供了一種創(chuàng)新的解決方案。

圖1. 聚烯烴化學(xué)轉(zhuǎn)化的代表性路線

圖2展示了LSP-Z100的結(jié)構(gòu)特征和催化性能，圖2中的a顯示了LSP-Z100和HZSM-5的高分辨率透射電鏡圖像，表明LSP-Z100具有層狀自支撐結(jié)構(gòu)，并且具有間歇性的晶格條紋，提示其存在介孔結(jié)構(gòu)。b顯示了LSP-Z100和HZSM-5的X射線衍射圖譜，c展示了LSP-Z100和HZSM-5的氮?dú)馕?脫附等溫線。

研究發(fā)現(xiàn)，LSP-Z100具有更高的N2吸附能力，以及更多的Q3（Si(OSi)₃(OH)）和Q2（Si(OSi)₂(OH)₂）硅物種，這歸因于其獨(dú)特的層狀自支撐結(jié)構(gòu)和介孔特性。此外，LSP-Z100還具有更多的強(qiáng)Lewis酸位點(diǎn)，而且這些酸位點(diǎn)對(duì)于大分子的物質(zhì)具有更高的可訪問(wèn)性，這是與傳統(tǒng)沸石材料的顯著區(qū)別。圖2的結(jié)果表明，LSP-Z100具有優(yōu)異的結(jié)構(gòu)特征和催化性能，適合用于PE的轉(zhuǎn)化

圖2. 催化劑的表征

在圖3中，研究人員研究了PE在LSP-Z100上的轉(zhuǎn)化過(guò)程和SSH機(jī)制。a展示了PE轉(zhuǎn)化和產(chǎn)物生成的趨勢(shì)。研究發(fā)現(xiàn)，在240°C下，PE在LSP-Z100的催化下可以高效轉(zhuǎn)化為汽油，產(chǎn)物主要為烷烴和烯烴。b展示了反應(yīng)殘留物的固體13C NMR譜，表明產(chǎn)生了未反應(yīng)的PE、寡聚物和不飽和物種。通過(guò)對(duì)產(chǎn)物和反應(yīng)殘留物的元素分析，驗(yàn)證了SSH機(jī)制的有效性。c展示了反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)物和固體殘留物的C和H含量變化，以及產(chǎn)物的H/C比率變化。結(jié)果表明，在反應(yīng)過(guò)程中，固體殘留物中的C和H轉(zhuǎn)移到了產(chǎn)物中，而且產(chǎn)物的H/C比率逐漸提高，證實(shí)了內(nèi)部氫轉(zhuǎn)移的機(jī)制。圖3的結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了SSH策略的有效性，以及LSP-Z100作為催化劑在PE轉(zhuǎn)化中的重要作用。

圖 3.?在LSP-Z100上，高密度聚乙烯high-density polyethylene，HDPE轉(zhuǎn)化時(shí)間過(guò)程和LSP沸石穩(wěn)定性

研究者進(jìn)行了近邊X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)（NEXAFS）分析和磷核磁共振（31P NMR）光譜學(xué)，以揭示LSP-Z100的活性位點(diǎn)結(jié)構(gòu)和反應(yīng)機(jī)理。在圖4中，他們首先展示了LSP-Z100的NEXAFS光譜與SiO2和Al2O3相一致，表明LSP-Z100的結(jié)構(gòu)特征。通過(guò)對(duì)HDPE在LSP-Z100上的反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在反應(yīng)的不同階段，氧K邊緣NEXAFS光譜的變化，反映了酸性位點(diǎn)與反應(yīng)物的相互作用。此外，通過(guò)31P NMR光譜學(xué)分析，揭示了LSP-Z100具有大量的FTAl位點(diǎn)，這些位點(diǎn)作為路易斯酸位點(diǎn)與堿性探針?lè)肿影l(fā)生相互作用。研究者還通過(guò)對(duì)2-甲基丁烷和氘代己烷之間的氫化物轉(zhuǎn)移進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，證明了LSP-Z100上oFTAl位點(diǎn)的高活性。這些結(jié)果深化了對(duì)LSP-Z100活性位點(diǎn)的認(rèn)識(shí)，為解析其高效催化性能提供了重要線索。

通過(guò)NEXAFS和31P NMR技術(shù)，研究者深入探究了LSP-Z100的活性位點(diǎn)結(jié)構(gòu)和催化機(jī)理。NEXAFS光譜顯示了LSP-Z100的結(jié)構(gòu)特征，而31P NMR光譜揭示了LSP-Z100具有豐富的FTAl位點(diǎn)。這些結(jié)構(gòu)特征與LSP-Z100的高效催化性能密切相關(guān)，為進(jìn)一步理解其催化活性和反應(yīng)機(jī)理提供了重要線索。

圖 4. 通過(guò)NEXAFS、NMR和同位素標(biāo)記技術(shù)，鑒定LSP-Z100的活性位點(diǎn)

為了更深入地了解HDPE在LSP-Z100上的轉(zhuǎn)化機(jī)制，研究者進(jìn)行了原位中子散射（INS）實(shí)驗(yàn)，并提出了反應(yīng)機(jī)理。INS譜圖顯示，激活的LSP-Z100以及HDPE與LSP-Z100的混合物與裸HDPE的譜圖相似，表明它們?cè)谑覝叵聨缀鯖](méi)有相互作用。隨后，在反應(yīng)的不同階段進(jìn)行了INS譜的測(cè)量。在第一階段反應(yīng)中，HDPE的譜圖顯示出C-C鍵的斷裂和PE鏈的降解，同時(shí)觀察到了產(chǎn)生的寡聚物的特征峰。第二階段反應(yīng)中，寡聚物的扭轉(zhuǎn)模式峰減弱，而異構(gòu)烷烴的甲基扭轉(zhuǎn)模式峰增強(qiáng)，說(shuō)明寡聚物在沸石上被迅速轉(zhuǎn)化為異構(gòu)烷烴。在第三階段反應(yīng)中，觀察到了與異構(gòu)烷烴相似的峰，進(jìn)一步證實(shí)了HDPE向異構(gòu)烷烴的高效轉(zhuǎn)化。

這些結(jié)果揭示了HDPE在LSP-Z100上的反應(yīng)機(jī)理，包括通過(guò)氫化物抽取或質(zhì)子化激活PE，以及通過(guò)β-裂解/異構(gòu)化/氫化物轉(zhuǎn)移反應(yīng)生成異構(gòu)烷烴的過(guò)程。通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)，可以深入理解聚乙烯催化轉(zhuǎn)化的分子機(jī)制，為設(shè)計(jì)和優(yōu)化聚乙烯的轉(zhuǎn)化催化劑提供了重要參考。

圖 5.?LSP-Z100沸石，對(duì)HDPE催化轉(zhuǎn)化的INS譜和反應(yīng)機(jī)理

總結(jié)展望

本文通過(guò)結(jié)合實(shí)驗(yàn)、理論計(jì)算和催化反應(yīng)機(jī)理的深入研究，提出了一種創(chuàng)新的廢塑料轉(zhuǎn)化策略，將廢棄的聚乙烯（PE）轉(zhuǎn)化為高質(zhì)量的汽油產(chǎn)品。通過(guò)在LSP沸石上引入超強(qiáng)的FTAl位點(diǎn)和可接近的Br?nsted酸位點(diǎn)，研究者成功激活了PE分子，使其發(fā)生氫化物抽取、β-裂解/異構(gòu)化和氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)，最終實(shí)現(xiàn)了高選擇性和收率的汽油生產(chǎn)。這一創(chuàng)新方法不僅解決了塑料廢棄物對(duì)環(huán)境造成的負(fù)面影響，同時(shí)也創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)利益，使廢棄塑料轉(zhuǎn)化成為有利可圖的商業(yè)項(xiàng)目。

此外，該方法還具有降低碳排放、減少對(duì)傳統(tǒng)石油資源的依賴以及實(shí)現(xiàn)塑料廢物循環(huán)利用的環(huán)境優(yōu)勢(shì)。這一研究為未來(lái)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)塑料循環(huán)利用提供了有力的科學(xué)支持，為“廢物轉(zhuǎn)化為資源”的研究和應(yīng)用開(kāi)辟了新的道路。

文獻(xiàn)信息

Cen, Z., Han, X., Lin, L. et al. Upcycling of polyethylene to gasoline through a self-supplied hydrogen strategy in a layered self-pillared zeolite. Nat. Chem. (2024).

原創(chuàng)文章，作者：計(jì)算搬磚工程師，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來(lái)源華算科技，注明出處：http://m.xiubac.cn/index.php/2024/04/19/365a5ad1b4/

国产三级精品三级在线观看,国产高清无码在线观看,中文字幕日本人妻久久久免费,亚洲精品午夜无码电影网

韓布興院士團(tuán)隊(duì)，重磅Nature Chemistry！

相關(guān)推薦

韓布興院士團(tuán)隊(duì)，重磅Nature Chemistry！