生物炭负载钙基催化剂原位催化热解聚丙烯制备高值烯烃的协同机制研究

本文创新性地开发了一种生物炭负载钙基催化剂（Ca2+/biochar），通过原位催化热解技术将废弃聚丙烯（PP）高效转化为高附加值烯烃（选择性58.87%）。研究揭示了Ca2+碱性位点与多级孔道结构的协同作用机制：前者促进C-C键β断裂（β-scission），后者通过孔隙限域效应抑制结焦（coke formation）。该策略在480°C、25%钙负载量、原料/催化剂比1:0.2条件下实现热解油收率93.75%（0.91 g/gpp），为塑料废弃物资源化提供了可持续解决方案。

　　

Highlight

本研究开创性地采用低成本生物炭负载钙催化剂（Ca²⁺/biochar）于聚丙烯（PP）原位热解，通过碱性位点与多孔结构的协同效应实现烯烃选择性突破。

Materials

实验材料：PP粉末（上海阿拉丁）、异丙醇（上海麦克林）、氮气（广州粤佳气体）、玉米秸秆（江苏连云港）、氧化钙（天津永大试剂）。

Preparation of pyrolytic carbon loaded metal catalysts

玉米秸秆经水平管式炉热解制备多孔生物炭载体，通过等体积浸渍法负载钙物种，经煅烧活化获得催化剂。

Catalyst characterization

热重分析（TG）显示PP热解三阶段特征：

1. 1.

   100–410°C：缓慢降解期（失重<5%）

2. 2.

   410–510°C：主裂解期（剧烈失重）

3. 3.

   510°C：残炭稳定期

Conclusion

生物炭载体上高度分散的Ca²⁺碱性位点通过双重机制发挥作用：

1. 1.

   促进β断裂生成C₁₃-C₂₅烯烃

2. 2.

   孔隙限域效应稳定自由基中间体，使结焦率降低42%

CRediT authorship contribution statement

王书晓：论文修订/方法设计；连熙熙：数据分析；云开文：初稿撰写；陈勇：课题指导；袁浩然：基金支持；单锐：实验操作

Declaration of Competing Interest

作者声明无利益冲突

Acknowledgements

感谢国家重点研发计划（2022YFC3902402）、国家自然科学基金（52325606）和中科院青年基础研究项目（YSBR-044）资助