曾杰团队最新Angew：甲醇辅助脱聚法，实现聚苯乙烯高价值转化！

第一作者：Lin Zeng

通讯作者：曾杰，李洪良

通讯单位：中国科学院合肥物质科学研究院，中国科学技术大学

成果速览

本研究提出了一种通过甲醇辅助脱聚法（PS-MAD）从聚苯乙烯（PS）中回收有价值的烷基苯的新方法。聚苯乙烯作为一种主要的塑料聚合物，产量从1950年的150万吨增加到2019年的3.68亿吨，而回收率却不到1%。大量的聚苯乙烯废物最终被填埋，占据了全球垃圾填埋场内容物的约三分之一，并且在自然环境中分解极其缓慢，可能需要数千年的时间。

为了解决这一环境问题，本研究开发了一种新的化学回收策略，通过在Ru/SiO2催化剂的作用下，使用甲醇作为氢供体，将PS转化为烷基苯。在280°C下反应6小时，PS-MAD方法能够实现93.2%重量百分比的液体产品产率，这些液体产品中84.3%为有价值的烷基苯。

此外，该方法还避免了苯环的加氢反应，减少了由聚环芳烃和聚苯烯产生的副产品。通过机理研究，发现甲醇分解在PS-MAD过程中提供了主要的氢供应，从而抑制了PS的芳构化过程。

图文导读

图1 展示了PS-MAD方法与传统的氢解和热解方法相比，在液体产品和残留物的质量上的优势。通过GC-MS和GC-FID技术，对产物进行了鉴定和定量分析。

图2 显示了在不同反应时间和不同反应温度下，PS-MAD过程中C1产物的产率以及液体产品和残留物的质量。此外，还展示了对商用PS废弃物进行PS-MAD处理的实验结果。

图3 提供了PS-MAD反应途径的示意图，包括甲醇分解、PS氢解和PS碳骨架的芳构化三个主要路径。

图4 通过使用氘代甲醇进行的PS-MAD动力学研究，揭示了反应过程中氢的来源。

亮点介绍

1. 高效转化：PS-MAD方法能够在较低温度下高效地将PS转化为有价值的烷基苯，液体产品产率高达93.2%。

2. 高选择性：该方法能够以高选择性（84.3%）生成有价值的烷基苯，避免了苯环的加氢反应。

3. 低能耗：与传统的高温热解和氢解方法相比，PS-MAD方法在较低的反应温度下进行，有望降低能耗。

4. 催化剂稳定性*：Ru/SiO2催化剂在连续反应中显示出高稳定性，保持了良好的活性和选择性。

5. 实际应用潜力：研究还证明了PS-MAD方法对商用PS废弃物的有效处理，显示出该方法的实际应用潜力。

高端表征

在本论文中，作者使用了多种高端表征技术来深入研究PS-MAD过程中的催化剂特性和反应机理。

透射电镜：通过使用高角环形暗场扫描透射电镜（HAADF-STEM），作者对新鲜催化剂和经过三次循环反应后的催化剂中的Ru纳米粒子进行了形貌和尺寸的分析。结果表明，Ru纳米粒子的平均直径在经过三次循环后有所增加，这可能对催化性能产生影响。

同步辐射：在研究PS-MAD过程中，作者利用同步辐射光离子化质谱（SR-PIMS）技术，直接确定了氘代甲醇辅助氢解过程中产生的氢的来源。通过分析甲烷的氘化比例，证实了大部分活性氢物种来源于甲醇的分解，而非PS的芳构化过程。

文献信息

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

期刊：Angewandte Chemie

DOI：10.1002/anie.202404952