Ученые разработали стратегию переработки полиэтилена в мономеры с рекордным выходом

Международная группа исследователей представила новую стратегию химической переработки полиэтилена, которая позволяет с высокой эффективностью превращать пластиковые отходы обратно в ценные мономеры — этилен и пропилен.

Полиэтилен (PE), один из самых распространенных пластиков, создает серьезные экологические проблемы из-за своего масштабного накопления и устойчивости к разложению. Химическая переработка, превращающая отходы полиолефинов обратно в мономеры, является ключом к созданию циклической экономики пластика. Однако традиционные методы каталитического крекинга страдают от низкой селективности и высокого энергопотребления.

Двухстадийная система

В исследовании, опубликованном в журнале Nature Chemical Engineering, ученые разработали стратегию кинетического разделения-повторного связывания (KDRC). Для этого они создали двухстадийную реакционную систему, которая решает проблему «кинетического запутывания» в одностадийных системах, ограничивающего выход целевых продуктов.

На первой стадии при температуре 260°C слоистый цеолит (LSP-Z100) селективно расщепляет полиэтилен на промежуточные соединения, в основном бутены и пентены. На второй стадии, при 540°C, фосфор-модифицированный цеолит (P-HZSM-5) преобразует эти промежуточные продукты в этилен и пропилен через реакцию димеризации-β-расщепления.

Экспериментальное подтверждение

Чтобы подтвердить предложенный путь реакции, исследователи использовали синхротронную масс-спектрометрию с фотоионизацией в вакуумном ультрафиолете. Этот метод позволил зафиксировать промежуточные C₈-соединения, предоставив прямое экспериментальное доказательство механизма димеризации-β-расщепления.

Кроме того, с помощью метода нейтронной дифракции in situ ученые выявили точное расположение кислотных центров в катализаторе. Оказалось, что модификация фосфором подавляет побочные бимолекулярные реакции за счет снижения плотности кислотных центров, что и повышает селективность образования этилена и пропилена.

Значение для переработки отходов

Разработанная каталитическая система работает без использования благородных металлов или внешнего источника водорода. Она продемонстрировала высокую эффективность при переработке реальных пластиковых отходов, а катализаторы можно использовать повторно. Таким образом, работа предлагает практичный и эффективный путь для рециклинга пластика с рекордным выходом целевых мономеров в 79%.

В исследовательскую группу вошли профессор Хань Бусин и группа Линь Лунфэя из Института химии Китайской академии наук, а также сотрудники Пекинского педагогического университета и Пекинского университета.

Дополнительная информация: Tianrui Bi et al, Closed-loop recycling of polyethylene to ethylene and propylene via a kinetic decoupling–recoupling strategy, Nature Chemical Engineering (2025). DOI: 10.1038/s44286-025-00290-y