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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

废塑料定向解聚制高品质液体燃料研究进展

2024-12-19

创新点  


将废塑料高效转化为高品质液体燃料,对实现碳资源循环利用和减少对化石燃料的依赖具有重要意义。本文系统综述了催化热解、微波热解和光催化解聚3种主要技术在废塑料转化制备高品质液体燃料的研究进展,并详细比较了它们在调控液体产物方面的共性与差异。重点分析了废塑料种类、催化剂类型及反应温度等关键因素对定向解聚过程中液体燃料产率和品质的影响。通过综合探讨,本文提出探索多能量输入方式的协同应用和智能化反应器的设计将是未来推动废塑料高品质液体燃料转化的关键发展方向。


通讯作者简介  


肖睿   教授

肖睿,男,博士,教授,博士生导师,现担任东南大学能源与环境学院院长,能源热转换及其过程测控教育部重点实验室主任,国家杰出青年基金获得者,长江学者特聘教授,江苏省政协委员。兼任江苏省能源研究会理事长,中国工程热物理学会燃烧分会副主任。担任Fuel Processing Technology副主编,International Journal of Greenhouse Gas Control、《太阳能学报》《化工学报》《能源环境保护》等刊物编委。主要研究方向为生物质能利用研究、固体燃料热解气化,二氧化碳捕集与利用。以第一获奖人获得国家科学进步二等奖,教育部自然科学一等奖、江苏省科技进步一等奖、中国专利优秀奖等奖项,以主要完成人获其他省部级奖4项。在Science等国内外核心刊物上发表论文300余篇,其中SCI收录论文200余篇,论文被SCI他引10000余次,获授权发明专利50余件。


骆治成   教授

骆治成,男,博士,博士生导师,东南大学教授,国家高层次人才入选者,主要研究碳中和背景下的塑料和生物质资源化利用、环境技术经济性分析、机器学习与能源转化等,近五年以一作/通讯作者发表高水平SCI论文30余篇,包括Nature Chemical EngineeringNature CommunicationsJournal of the American Chemical Society等国际著名期刊,其中Nature Chemical Engineering文章被选为首期封面,Nature Communications文章被选为亮点文章。授权中国发明专利3件,参编生物质催化转化领域英文著作一部(Nanoporous Catalysts for biomass conversion, Wiley出版)。担任Fundamental ResearchCarbon neutrality等多个期刊青年编委,任Nature Communications等多个期刊的审稿人。

废塑料定向解聚制高品质液体燃料研究进展


作者

李欣泽,骆治成*,肖睿*

单位

东南大学 能源与环境学院 能源热转换及其过程测控教育部重点实验室


基金项目

1. 国家自然科学基金资助项目(52206236)

2. 国家自然科学基金联合基金(U23A2090)

3. 江苏省自然科学基金(BK20220837)

4. 中央高校基本科研业务费专项(3203002211A1, 2242024k30025)

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    摘要    

随着塑料污染问题的日益加剧,废塑料的回收和再利用已成为全球关注的热点。将废塑料转化为高品质的液体燃料,对于实现碳资源循环利用、减少对化石燃料的依赖具有重要意义,尤其在中国实现“碳达峰”和“碳中和”目标的背景下。综述了废塑料转化为液体燃料的技术,重点分析了催化热解、微波热解和光催化解聚的最新进展。探讨了关键参数对产物选择性的影响,并比较了3种技术在调控液体产物方面的共性与差异:催化热解依赖催化剂特性,微波热解利用热效应和非热效应,光催化解聚则利用光能激活催化剂。这些技术为实现塑料的高值化利用提供了多种途径。同时,还探讨了废塑料定向解聚技术在液体燃料生产中面临的挑战和机遇,并对其未来发展趋势进行了前瞻性展望。

 研究背景 

随着全球人口的持续增长和经济的快速发展,塑料的年产量呈现爆炸性增长,从1950年的180万t激增至2022年的近4亿t,且上升趋势仍在持续。然而,塑料的化学性质稳定导致其难以自然降解,从而产生了大量的废塑料。据估计,2022年我国产生的废弃塑料总量达到了6300万t,其中,回收量占比约为30%,其余大部分通过填埋、焚烧或直接废弃方式处理,占比分别为32%、31%和7%。填埋处理的废塑料分解产生的微塑料颗粒会被动物吸收,并通过食物链进入人体,最终对生态系统和人类健康构成潜在威胁。因此,开发高效回收利用废塑料技术对于实现环境保护与资源循环利用具有重要意义。近年来,化学回收途径日益受到重视,其核心目标是将废塑料转化为一系列高附加值产品,包括燃料油、化工原料以及高价值的新型材料等。其中,废塑料定向解聚所制备的液体燃料可直接替代传统石油资源,并用于燃烧或进一步化学转化,展现出显著的经济效益,从而受到研究者的广泛关注。

目前,废塑料定向解聚技术涵盖了催化热解、微波热解及光催化解聚等多种方法。废塑料催化热解技术是指在无氧情况下,通过高温将废塑料包括聚苯乙烯(PS)、高密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)以及聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等定向转化为气态、液态和固态产物的混合物。废塑料催化热解的研究起步较早,是目前研究最为广泛的化学回收方法。微波热解则利用微波能量实现塑料的加热和分解,具有快速加热和高效的特点。通过调控微波功率、热解温度及微波吸收剂类型等参数,可提高液体燃料选择性和产率;与催化热解及微波热解不同,光催化解聚技术以光能作为能量来源,具有成本低、环保等优势。然而,成本高和效率低的特点仍是限制光催化实际应用的主要因素。
综上所述,本文介绍了近年来在废塑料定向解聚制备液体燃料领域,采用热能、微波能及光能3种不同能源输入方式的研究进展。详细分析了近年来的代表性研究成果,并深入探讨了在不同反应体系下,催化剂种类、反应温度、溶剂类型及反应气氛等关键参数对废塑料定向解聚制备液体燃料过程的影响(图1)。

 部分图片 

图1 废塑料制备液体燃料技术及其影响因素

图2 微波热解与常规热解加热模式比较[41]

(a)PE转化为CH3COOH的两步机理,(b)不同H2O2浓度下的CH3COOH产量,(c)不同反应时间下PE的减少量[56-57]


引文格式


李欣泽, 骆治成, 肖睿. 废塑料定向解聚制高品质液体燃料研究进展[J/OL]. 能源环境保护: 1-11[2024-12-18]. https://doi.org/10.20078/j.eep.20241106.
LI Xinze, LUO Zhicheng, XIAO Rui. Research progress on selective depolymerization of waste plastics to high-quality liquid fuels[J/OL]. Energy Environmental Protection: 1-11[2024-12-18]. https://doi.org/10.20078/j.eep.20241106.

  责任编辑:宫在芹
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