第一作者：Lin Zeng

通訊作者：曾杰，李洪良

通訊單位：中國科學院合肥物質科學研究院，中國科學技術大學

成果速覽

本研究提出了一種通過甲醇輔助脫聚法（PS-MAD）從聚苯乙烯（PS）中回收有價值的烷基苯的新方法。聚苯乙烯作為一種主要的塑料聚合物，產量從1950年的150萬噸增加到2019年的3.68億噸，而回收率卻不到1%。大量的聚苯乙烯廢物最終被填埋，占據了全球垃圾填埋場內容物的約三分之一，并且在自然環境中分解極其緩慢，可能需要數千年的時間。

為了解決這一環境問題，本研究開發了一種新的化學回收策略，通過在Ru/SiO2催化劑的作用下，使用甲醇作為氫供體，將PS轉化為烷基苯。在280°C下反應6小時，PS-MAD方法能夠實現93.2%重量百分比的液體產品產率，這些液體產品中84.3%為有價值的烷基苯。

此外，該方法還避免了苯環的加氫反應，減少了由聚環芳烴和聚苯烯產生的副產品。通過機理研究，發現甲醇分解在PS-MAD過程中提供了主要的氫供應，從而抑制了PS的芳構化過程。

圖文導讀

圖1 展示了PS-MAD方法與傳統的氫解和熱解方法相比，在液體產品和殘留物的質量上的優勢。通過GC-MS和GC-FID技術，對產物進行了鑒定和定量分析。

圖2 顯示了在不同反應時間和不同反應溫度下，PS-MAD過程中C1產物的產率以及液體產品和殘留物的質量。此外，還展示了對商用PS廢棄物進行PS-MAD處理的實驗結果。

圖3 提供了PS-MAD反應途徑的示意圖，包括甲醇分解、PS氫解和PS碳骨架的芳構化三個主要路徑。

圖4 通過使用氘代甲醇進行的PS-MAD動力學研究，揭示了反應過程中氫的來源。

亮點介紹

1. 高效轉化：PS-MAD方法能夠在較低溫度下高效地將PS轉化為有價值的烷基苯，液體產品產率高達93.2%。

2. 高選擇性：該方法能夠以高選擇性（84.3%）生成有價值的烷基苯，避免了苯環的加氫反應。

3. 低能耗：與傳統的高溫熱解和氫解方法相比，PS-MAD方法在較低的反應溫度下進行，有望降低能耗。

4. 催化劑穩定性*：Ru/SiO2催化劑在連續反應中顯示出高穩定性，保持了良好的活性和選擇性。

5. 實際應用潛力：研究還證明了PS-MAD方法對商用PS廢棄物的有效處理，顯示出該方法的實際應用潛力。

高端表征

在本論文中，作者使用了多種高端表征技術來深入研究PS-MAD過程中的催化劑特性和反應機理。

透射電鏡：通過使用高角環形暗場掃描透射電鏡（HAADF-STEM），作者對新鮮催化劑和經過三次循環反應后的催化劑中的Ru納米粒子進行了形貌和尺寸的分析。結果表明，Ru納米粒子的平均直徑在經過三次循環后有所增加，這可能對催化性能產生影響。

同步輻射：在研究PS-MAD過程中，作者利用同步輻射光離子化質譜（SR-PIMS）技術，直接確定了氘代甲醇輔助氫解過程中產生的氫的來源。通過分析甲烷的氘化比例，證實了大部分活性氫物種來源于甲醇的分解，而非PS的芳構化過程。

文獻信息

標題：Recycling Valuable Alkylbenzenes from Polystyrene through Methanol-Assisted Depolymerization

期刊：Angewandte Chemie

DOI：10.1002/anie.202404952