当前位置:首页 >> 许志安

塑料进去柴油出来这个催化剂有点厉害

2022-10-18 19:48:10  哈妮娱乐网

塑料进去,柴油出来!这个催化剂有点厉害!

背景介绍

一次性塑料的过度消费正在造成一场全球性的废物灾难,造成广泛的环境、经济和健康问题。聚合物在包装、建筑、运输、电子和医疗保健行业中有着广泛的应用,地位无可替代。但其大规模的制造、一次性使用、分解速度慢以及对敏感生态系统的破坏等带来了塑料垃圾危机塑料的常规机械回收方法在经济上是不合算的,且再生塑料的品质会有所下降。作为传统回收方法的新兴替代方法,化学升级能够将废弃塑料转化为具有高附加值的化学品和材料。在此过程中,催化剂扮演着至关重要的角色,决定着产物的种类及分布。

有鉴于此,爱荷华州立大学的黄文裕教授、Aaron D. Sadow教授和 Frédéric A. Perras教授等人借鉴酶将大分子裁剪成原子级别精准片段的原理,设计并合成了有序介孔壳/活性位点/核结构的mSiO2/Pt/SiO2催化剂。该催化剂展现出优异的聚乙烯氢解反应催化活性,可得到碳数分布集中的烷烃,并可通过调节催化剂介孔孔道的尺寸来调节产物的分布。

本文亮点

1. 借鉴酶精准降解柔性大分子的行进式催化机制,设计并制备出有序介孔壳/活性位点/核这一特殊结构的催化剂。

2. 采用该催化剂实现了高密度聚乙烯的选择性氢解,得到产物分布窄的柴油和润滑剂。

3. 进一步揭示了该催化剂对塑料的氢解原理与酶催化相似,能通过介孔孔道较为精准地控制产物的种类与组成。

4. 这一研究为塑料降解制备高附加值产物提供高效精准的催化剂,所包含的催化剂设计思路对大分子拆解有着广泛的借鉴意义。

要点:

1. 酶的行进式催化过程包括分子链的线穿以及其与包含活性位点的裂隙状通道的非共价结合。这种裂隙中的结合赋予聚合物链的多个重复单元以构象和位置特异性,使活性位点能够进行精准的裁剪。随后,小分子量的片段会被释放,而聚合物则进一步穿入催化孔,进行定位并进行下一步的裁剪。这些步骤重复进行直至将整个聚合物链转化为所需的小分子量的片段。可以看出,这种聚合物的降解过程和起始链的长度以及转化率无关。

2. 人工行进式催化剂的设计关键:一是足够窄的孔道以确保聚合物链在诱导的伸直构象中的头向吸附,二是催化剂活性位点位于孔的末端附近,这样可以选择性地从链端以一定的间隔切断某种键,三是孔径的大小结构以及性质允许生成的小分子产物解吸和逸出。

要点:在13C核磁共振谱图中,反式构象的化学位移是32 ppm,其构型是线性的,对应于穿入孔道的部分;偏转构象的化学位移是27 ppm,其构型是弯曲的;移动构象的化学位移是29 ppm。聚乙烯在Davisil硅胶上存在三种构象,而在mSiO2上只存在两种构象,没有偏转构象,意味着介孔材料能诱导形成长锯齿状的聚乙烯结构。短链的聚乙烯在mSiO2上只存在线性构象。

要点:

1. 二维核磁谱的交叉峰对应着孔内的聚合物和孔口的亚甲基之间的交换。

2. 在催化反应温度下,相当大部分的聚乙烯保持吸附在孔内的状态。小分子量的片段与氧化硅的吸附作用较弱,且不会进入1.5 nm孔,保证了对长链聚合物的选择性吸附。

3. 氧化硅孔可以与聚乙烯结合,但结合得并不太强,并没有阻止聚合物的短程扩散。

要点:从电镜表征结果可知,催化剂的结构为直径3.2±0.5 nm的Pt纳米颗粒负载在直径约为127±7 nm二氧化硅球上,外面生长一层厚度为110±8 nm的介孔SiO2壳,介孔mSiO2壳有着径向辐射的孔径为2.4±0.2 nm的孔道。孔道长度为壳的厚度,孔道底部负载有Pt纳米颗粒。

要点:

1. mSiO2/Pt/SiO2催化剂上HPDE的降解产物分布不依赖于反应进行的程度,除了HPDE和以C16为中心的窄分布产物外,不含其他更高碳数的分子。

2. 整个反应过程中,HPDE的体相性质不发生变化。这些结果说明mSiO2/Pt/SiO2催化HPDE的降解,通过类似于酶催化的行进式催化机制进行。

3. Pt/SiO2催化剂上,产物中Cn的分布,依赖于反应进行的程度,且产物分布明显宽于mSiO2/Pt/SiO2催化剂。

要点:催化剂孔径的直径大小会影响氢解产物的分布。具有较小孔径的mSiO2/Pt/SiO2催化剂催化产物以C14为中心分布,随着催化剂孔径的增大,催化产物的链长随之增大。基于这一特性,因此,可采用调节催化剂孔径大小来调整产物分布的中值。

江西视讯会议系统

东城区底座

河南拖拉机

昆明市跳高架

嘉兴市桩工机械

相关资讯
友情链接