,可以将废塑料回收成组成单体,用于随后的再聚合。然而,许多商品塑料不能选择性地解聚使用传统的热化学方法,因为难以控制的反应过程和途径。虽然催化剂可以提高选择性,但它们的性能容易下降。在这里,我们提出了一种的双层结构来实现的,其中顶部的电热层产生热量并向下传导到下面的反应器层和塑料。由此产生的温度梯度促进了塑料的连续熔融、吸干、汽化和反应,因为它遇到了穿过双层的不断升高的温度,从而。同时,脉冲电流通过顶部加热器层产生一个时间加热曲线,其特征是周期性的高峰温度(例如,约600°C),以实现解聚,但,产率分别为36%和43%左右。总的来说,这种电气化时空加热(STH)方法可能为全球塑料垃圾问题提供解决方案。
电气化STH方法的工作原理,a、以PP为模型塑料,展示双层结构的STH过程和从聚合物到单体的分子转变的示意图。b、在每脉冲周期0.11 s通电和0.99 s断电的非优化脉冲加热程序下,以STH对PP(模型聚烯烃)和PET(模型聚酯)单体的解聚反应,产率分别约为36%和43%。峰值是指在时间加热剖面中周期性脉冲周期的峰值温度。
用脉冲电加热的方法研究了STH体系的多孔碳毡双层及其解聚过程。a、STH系统由多孔碳毡“加热层”组装而成,该“加热层”置于碳毡“反应层”顶部的软接触处。然后,反应器层位于塑料反应物(如图所示的PP珠)的顶部,这些反应物被包含在一个惰性储层中。请注意,在这张图中,PP珠故意堆叠在储层上方,而不是储层内部,只是为了演示安装的组装。对于STH作业,PP珠被放置在储层内。对于加热,电流通过铜电极通过顶部加热器层,而底部电抗器层不带电。b、应用于STH系统的周期性脉冲电信号。c、脉冲电加热时STH系统示意图。红、粉、绿和蓝线g,h中测量温度分布的位置。虚线d-f中扫描电镜图像的拍摄位置。d,显示原始反应器层底部区域的SEM图像。e,扫描电镜图像显示了在STH运行5分钟内(在22 V左右通电0.11 s,断电0.99 s),塑料熔体渗入反应器层底部区域的情况。f,反应釜运行35min后的SEM图像。g、在实验室建造的充氩环境室中测量的加热层和反应堆层在一个总计1.10 s的加热/冷却循环(在22 V左右通电0.11 s,断电0.99 s)中不同时间点的温度图。h, STH系统四个代表性位置的温度变化曲线,其中红、粉、绿、蓝曲线对应c所示的红、粉、绿、蓝位置。浅橙色区域表示“通电”,浅蓝色区域表示“断电”。比例尺在d-f, 100 μm。
以PP为模型塑料,研究了STH方法的解聚性能。a,我们在非平衡条件下使用STH的工作与在衡条件下使用炉加热无催化剂热解的文献报告之间的C3H6单体产率的比较18。b,我们使用STH的工作与文献报道使用不同催化剂、反应介质和/或过程的C3H6单体产率的比较15,16,17,18,19。d、C3H6单体产率和产率随反应规模的函数。比例系数以PP质量进料为基础,初始比例为0.1 g PP,定义为1。e、采用聚丙烯珠和商用聚丙烯袋的C3H6单体得率。所有的STH过程都使用了0.11 s开,0.99 s关,温度≈600°C的程序。
值得一提的是,基于这项工作,胡良兵教授、琚诒光教授和董麒博士共同创办了初创公司Polymer-X Inc.。公司致力于对该技术进行产业化,将其应用于绿色化学品制备和材料回收。
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