Цеолит помог превратить полиэтилен в бензин

Выход продукта составил 81 процент

Химики из Китая применили пористый цеолит в качестве катализатора деполимеризации полиэтилена высокой плотности. Они научились получать из него смеси разветвленных алканов с октановым числом 88, а также исследовали механизм деполимеризации. Как пишут авторы статьи в Nature Chemistry, главное преимущество их методики — отсутствие дополнительных реагентов.

Эта новость появилась на N + 1 при поддержке ежегодной Национальной премии в области будущих технологий «Вызов». В 2023 году ее присудили за ионный квантовый процессор, магниты из высокотемпературного сверхпроводника, вычислительные устройства на основе поляритонов и оптический транзистор, а также открытия, позволившие создать новые подходы для лечения заболеваний мозга

Полиэтилен состоит из длинных цепей атомов углерода, связанных друг с другом одинарными связями. Он очень популярен для производства упаковочных материалов благодаря своей прочности и химической стойкости — обычный полиэтилен не реагирует с неорганическими кислотами и щелочами. Сейчас мировая химическая промышленность производит около 100 миллионов тонн полиэтилена в год, так что научиться перерабатывать его в полезные вещества — важная задача для химиков.

Интересное решение предложили ученые под руководством Хань Бу Сина (Han Buxing) из Института химии Китайской академии наук. Они применили уже известный материал — слоистый цеолит LSP-Z100 — для превращения полиэтилена в смесь разветвленных алканов, которую можно использовать в качестве автомобильного топлива.

Для получения цеолита химики смешали в воде изопропоксид алюминия Al(Oi-Pr)3, триэтилортосиликат Si(OEt)4, гидроксид тетрабутиламмония NBu4OH и гидроксид натрия NaOH. Полученную смесь ученые перемешивали 12 часов, а затем нагревали несколько дней при 115 градусах Цельсия. Далее промытый и высушенный продукт LSP-Z100 химики применили для деполимеризации полиэтилена.

Ученые обнаружили, что если нагревать полиэтилен с LSP-Z100 в автоклаве при 240 градусах Цельсия в течение четырех часов, можно получить смесь разветвленных алканов с октановым числом 88 и очень низким содержанием ненасыщенных углеводородов. При этом выход реакции составлял 81 процент, а селективность образования алканов — 99 процентов.

Чтобы понять, как полиэтилен превращается в насыщенные алканы, химики изучили твердый остаток, образовавшийся в ходе реакции. Для этого они растворили образец отработанного катализатора в плавиковой кислоте, а все, что не растворилось, экстрагировали хлористым метиленом. Полученный раствор ученые проанализировали с помощью ЯМР-спектроскопии и масс-спектрометрии.

Выяснилось, что твердый остаток состоит в основном из тяжелых циклических и ароматических углеводородов. Исходя из этого ученые сделали вывод, что в процессе реакции образуются разветвленные алкены, которые могут гидрироваться до алканов водородом. А водород образуется из олигомеров этилена, которые, в свою очередь, превращаются в тяжелые ненасыщенные углеводороды.

Таким образом, химики нашли удобный способ получения бензина из полиэтилена. Как считают ученые, деполимеризация происходила благодаря трехкоординированным алюминиевым центрам, расположенным в порах цеолита. При взаимодействии с ними связи углерод-углерод в полиэтилене разрывались из-за высокой льюисовской кислотности атомов алюминия.

Ранее мы рассказывали о том, как полиэтилен деполимеризовали с помощью рутениевого катализатора.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
Сульфат-анион попал в незаряженную органическую клетку

Это произошло в воде