随着全球塑料消费的急剧增长，废弃塑料的堆积已成为全球环境治理的重大挑战。特别是聚烯烃塑料（如PE和PP），因其广泛应用于包装、汽车、建筑等领域，已成为现代生活中不可或缺的材料。然而，这些塑料因化学稳定性强、难以降解，导致大量废弃物在环境中积累，严重污染土地和海洋，危害生态系统和人类健康。因此，推动废弃聚烯烃塑料的资源循环利用显得尤为重要。通过高效回收技术，如催化裂解，将废塑料定向转化为高价值化学品，不仅能减少环境污染，降低对石油资源的依赖，还能推动循环经济发展，助力资源节约与环境保护。
目前，微孔分子筛是催化裂化中最常用的催化剂。分子筛具有独特的孔道结构和可调的酸性，表现出优异的催化活性和选择性。然而，对于聚烯烃高分子，由于微孔尺寸（＜ 2 nm）限制，它们难以进入这些狭窄的微孔，导致反应首先发生在表面活性位点。进入微孔的中间体或产物容易在受限空间内发生环化、芳香化等副反应，进而生成积碳，导致催化剂失活。由于扩散受限，这一过程的效率和催化剂的稳定性受到制约，成为废弃聚烯烃塑料催化裂解技术优化的关键瓶颈之一。
基于此，华东理工大学李艳教授课题组与南昌航空大学邹建平教授合作提出了“解耦酸性位点与微孔限制”的新思路。通过设计一种无定形-晶体复合催化剂（ACC），将短程有序的SOD型沸石嵌入无定形硅铝酸盐基质中，形成了一种具有开放扩散通道和可接近酸性位点的复合材料。该设计使得催化裂解反应环境从微孔内部转移至开放的基质界面，反应产物可以迅速扩散，避免了过度反应引起的积碳前驱体生成，从而有效克服了传统催化剂中酸性与抗积碳性能难以兼得的问题。通过这种空间和功能上的解耦，本研究不仅显著提高了催化剂的催化活性，还为塑料废弃物的高效回收提供了一种创新的催化剂设计思路。
图1. ACC催化剂表征
首先研究团队通过水热法合成了一系列不同SiO2添加量的ACC-x催化剂。SEM显示，随着SiO2添加量增加，催化剂由不规则微米级团聚体逐渐演变为分散均匀的球形颗粒（图1a-d）。XRD证实x为0.15-0.23时以结晶态SOD沸石为主，而x=0.30时特征峰显著减弱展宽，标志着无定形基质与短程有序域复合结构的形成；至x=0.45时完全转变为无定形相（图1e）。iDPC-STEM图像直观捕捉到了ACC-0.30中0.62 nm的SOD (110)晶格条纹，结合均匀分布的Si、Al、O元素能谱（图1f-j）以及FTIR/Raman光谱对SOD结构基元的验证，确证了短程有序SOD型沸石嵌入无定形基质的复合结构。
图2. ACC催化剂性能测试
以LDPE为模型底物，ACC-0.30表现出优异的催化效率。在440℃、C/F=10/1的优化条件下，其C3-C5轻质烯烃产率达88.08 wt%，选择性高达94.92%，收率分别是商业ZSM-5和USY沸石的13倍和37倍（图2a-b）。整个ACC-x系列均保持了91%以上的高选择性，且收率随SiO2添加量变化呈“火山型”变化，ACC-0.30表现最优（图3a）。此外，该催化剂展现了极强的抗积碳能力，20次连续循环后积碳量仅为1.13 wt%，且烯烃选择性始终稳定在约95%，具备较强的工业化潜力（图2c-d）。
图3. ACC催化剂催化机制研究
图4. ACC催化剂用于消费后聚烯烃废弃物
ACC-0.30催化剂具有较广的底物适用性。在处理LLDPE、HDPE、PP等树脂原料时，C3-C5烯烃选择性超92%，产率达83 wt%以上。针对含有色剂、塑化剂等复杂添加剂的消费后聚烯烃废弃物（如LLDPE保鲜膜、HDPE药瓶、PP口罩和PP/PE混合包装塑料），该催化剂仍能实现85 wt%以上的气体产率，C3-C5烯烃选择性均超92%（图4），证明了该催化剂在处理实际复杂废弃物方面具备实际应用前景。
总结
本研究报道了一种具有普适性的非晶-结晶复合催化剂设计策略。通过在非晶基质中嵌入短程有序的SOD结构，有效地解耦了酸性与微孔限制。这种独特的复合结构在保证大分子高效传质的同时，提供了充足的可及酸性位点，从而实现了聚烯烃废弃物向高价值轻质烯烃的高效、高选择性转化。该工作为解决固体酸催化剂在聚合物升级回收中的扩散-酸性之间的矛盾提供了新的思路。
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
Decoupling Acidity from Micropore Confinement in an Amorphous−Crystalline Composite for Selective Polyolefin Waste Cracking
Qiaohui Ruan, Hailu Xia, Zanfeng Yuan, Zhuohan Lin, Wang Xu, Wenao Ouyang, Jian-Ping Zou,*and Yan Li*
J. Am. Chem. Soc., 2025, DOI: 10.1021/jacs.5c14336
导师介绍
李艳
https://www.x-mol.com/university/faculty/10519
邹建平
https://www.x-mol.com/university/faculty/183949
