Das schnelle Wachstum von Kunststoffabfällen ist eine ständig wachsende Umwelt- und Energieherausforderung. Die selektive Umwandlung von Kunststoffabfällen in Naphtha, ein Hauptrohstoff für Ethylen und die Kunststoffindustrie, zeigt ein hohes Potenzial, Naphtha aus der Erdölroute teilweise zu ersetzen und die globalen Netto-CO2-Emissionen zu verringern.
Diese aktiven Metalle auf geträgerten Katalysatoren mit einer offenen Mikroumgebung zeigten jedoch eine geringere Wirkung auf die Bildung von Zwischenprodukten und die Selektivität von Naphtha.
Kürzlich hat eine Forschungsgruppe unter der Leitung von Prof. Wang Hui und Assoc. Prof. Luo Hu vom Shanghai Advanced Research Institute der Chinesischen Akademie der Wissenschaften schlug eine katalytische Tandemreaktion vor, um Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) effizient in Naphtha umzuwandeln. Bei dieser Reaktion wurde eine Naphtha-Ausbeute von 89,5 % mit einer Selektivität von 96,8 % für C5-C9-Kohlenwasserstoffe bei 250 °C erhalten, katalysiert durch mechanisch gemischten β-Zeolith und Pt@S-1-Katalysatoren.
Die Studie wurde veröffentlicht in Zeitschrift der American Chemical Society am 12. Januar.
Die durch Pt@S-1 und β-Zeolith katalysierte Selektivität von normalen Alkanen erreichte 34 %, etwa 10–20 % höher als die von Pt/S-1, und die Alkanprodukte waren schmaler. Die Unterschiede zwischen den beiden Katalysatoren waren möglicherweise auf den Confinement-Effekt und die Formselektivität von Pt@S-1 zurückzuführen.
Durch die Kombination von Dichtefunktionaltheorie und Molekulardynamiksimulationen fanden die Forscher heraus, dass während des Formselektivitätsprozesses die Diffusion und der Transport von Olefin-Zwischenprodukten mit der richtigen Größe innerhalb von Pt@S-1 verstärkt wurden, was zu enger verteilten Produkten führte.
Dieses Katalysatorsystem zeigte bei moderaten Bedingungen Stabilität und hohe Leistung für die am häufigsten vorkommenden Kunststoffabfälle wie Polyethylen niedriger/hoher Dichte und Polypropylen. Im Vergleich zu konventionellen Verfahren zur Kunststoffherstellung zeigte dieser Ansatz 15 % Energieeinsparung und 30 % weniger Treibhausgasemissionen.
Mehr Informationen:
Lin Li et al, Umwandlung von Plastikabfällen in Naphtha zum Schließen des Plastikkreislaufs, Zeitschrift der American Chemical Society (2023). DOI: 10.1021/jacs.2c11407