聚苯乙烯（PS）具有熱穩(wěn)定性好、輕便和價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)，因而廣泛用于日常生活中。目前，廢棄PS大約占被填埋的廢棄塑料總量的三分之一，給地球的生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)重的污染，對(duì)動(dòng)物和人類的健康也造成潛在的威脅。將廢棄PS塑料轉(zhuǎn)化為高價(jià)值的芳香烴是一種非常有前景的廢棄塑料資源化手段。然而，目前通過化學(xué)回收PS面臨仍諸多挑戰(zhàn)，例如高溫下催化劑易積碳失活、需要使用有機(jī)溶劑或者均相催化劑以及轉(zhuǎn)化率低等問題。因此，設(shè)計(jì)反應(yīng)流程優(yōu)化PS的化學(xué)回收制備高價(jià)值的烷基苯具有重要的意義。
近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的曾杰教授和李洪良副教授報(bào)道了一種全新的PS降解路徑，構(gòu)建了釕負(fù)載二氧化硅催化劑（Ru/SiO2）用于甲醇原位產(chǎn)氫輔助PS降解高效制備烷基苯。在280℃下經(jīng)過6 h的反應(yīng)后，液相產(chǎn)物的收率達(dá)到93.2 wt%。其中，主要產(chǎn)物為高價(jià)值的烷基苯(單環(huán)芳烴和二苯代烷)，選擇性達(dá)到84.3 wt%。
通過熱解方式降解PS面臨反應(yīng)速率慢以及催化劑積碳的問題。同時(shí)，PS主鏈脫氫芳構(gòu)生成的稠環(huán)和聯(lián)苯類物質(zhì)限制了苯環(huán)的回收率。然而，PS氫解又面臨著苯環(huán)的過度加氫問題。作者通過理論分析發(fā)現(xiàn)以甲醇作為氫載體輔助PS降解相比于熱解的熱力學(xué)更優(yōu)。同時(shí)，甲醇原位分解產(chǎn)生的氫物種能抑制PS主鏈的芳構(gòu)化，進(jìn)而避免積碳的生成。相比于氫解，甲醇原位分解產(chǎn)生的低氫分壓能抑制苯環(huán)的過度加氫化，從而提高烷基苯產(chǎn)物的選擇性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在引入甲醇之后，液相產(chǎn)物的收率（PS熱解為49.6 wt%、PS氫解為41.6 wt%、甲醇輔助PS降解為93.2 wt%）、單環(huán)芳烴和二苯代烷的選擇性（PS熱解74.7 wt%、PS氫解51.4 wt%、甲醇輔助PS降解為84.3 wt%）均有顯著提升。 這項(xiàng)工作評(píng)估了Ru/SiO2用于商用廢棄PS降解的催化性能，包括試管、量杯、瓶子和泡沫塑料等。將上述樣品剪成厘米大小的碎片，在280℃下經(jīng)過6小時(shí)的催化測(cè)試，各種商用廢棄PS都幾乎完全降解。其中，降解試管、量杯、瓶子和泡沫塑料后的液相產(chǎn)物收率分別達(dá)到93.5 wt%、95.6% wt%、97.6% wt%和97.9% wt，證明Ru/SiO2催化的甲醇輔助PS降解策略用于商用廢棄塑料回收的普適性。 該工作通過新反應(yīng)路徑的構(gòu)建和反應(yīng)機(jī)理的解析，提出了一種甲醇原位產(chǎn)氫降解PS制備烷基苯的策略，有助于未來(lái)探索能耗更低且更高效的PS回收工藝。 論文信息 Recycling Valuable Alkylbenzenes from Polystyrene through Methanol-Assisted Depolymerization Lin Zeng, Tao Yan, Junjie Du, Dr. Chengyuan Liu, Bin Dong, Bing Qian, Zhou Xiao, Guangning Su, Tao Zhou, Zijun Peng, Prof. Zhandong Wang, Prof. Hongliang Li, Prof. Jie Zeng Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202404952
