用显微镜和光谱镜在聚烯的催化热解过程中解开潜在的反应中间体
Ina Vollmer1, Michael J F Jenks1, Sebastian Rejman1
1Inorganic Chemistry and Catalysis group, Debye Institute for Nanomaterials Science and Institute for Sustainable and Circular Chemistry, Department of Chemistry, Utrecht University Universiteitsweg 99 3584 CH Utrecht The Netherlands b.m.weckhuysen@uu.nl.
这项研究研究了催化热解来回收聚烯,使其成为宝贵的芳香化合物,如,和 (BTX). 一个使用的原油炼油厂催化剂 (ECAT) 有效地减少了焦炭的形成,增强了这种化学回收过程.
科学领域:
- 化学工程是化学工程的重要组成部分.
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 催化剂是一种催化剂.
背景情况:
- 传统的塑料通过化回收利用具有局限性,包括需要高度分类的废物流和塑料性能降解.
- 催化热解为化学回收提供了一个替代方案,将聚烯等多聚烯转化为宝贵的芳香化合物,如,和 (BTX).
- 之前的研究表明,使用的原油炼油厂催化剂 (ECAT) 在减少聚烯热解过程中的焦炭形成方面,比新鲜的催化剂 (FCC-cat) 更有效,产生20%的重量%的芳香物.
研究的目的:
- 阐明聚烯的催化热解反应机制在新鲜的 (FCC-cat) 和使用过的 (ECAT) 炼油厂催化剂上,以及无热的模型系统.
- 用先进的光谱和显微镜技术识别反应中间体并了解它们如何影响焦炭形成.
- 为设计下一代催化剂提供见解,以尽量减少焦化并最大限度地提高化学回收的芳香产量.
主要方法:
- 使用*in situ*光显微镜,*in situ*红外光谱和*in situ*紫外可见光谱来实时监测反应.
- 使用*ex situ*固态核磁共振 (NMR) 光谱仪,对催化剂材料和中间体进行详细的结构分析.
- 通过FCC-cat,ECAT和缺乏热元素的模型系统,比较了催化性能和反应途径.
主要成果:
- 对每个催化剂系统观察到不同的,高度光的甲基化芳香中间体,具有独特的光谱特征 (光,IR,UV-vis,NMR).
- 与焦炭形成倾向相关的中间体的特定光谱特征,区分了FCC-cat和ECAT的路径.
- 与FCC-cat相比,ECAT显著降低了焦炭失活,导致BTX芳香物的更有效的生产.
结论:
- 该研究揭示了在聚烯热解中的新鲜和使用的炼油厂催化剂之间的反应中间体和机制的关键差异.
- 结果表明,未来的催化剂应该具有比FCC-cat更高的可访问性和较轻的酸度,以增强BTX生产并最大限度地减少焦化.
- 这些发现突出了ECAT在有效地将塑料化学回收成BTX等有价值的化学构件方面的潜力,支持可持续制造.
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