橡树岭国家实验室的科学家们开发了一种相对简单的方法，将聚乙烯（一种广泛用于购物袋和切菜板的塑料）转化为汽油和柴油类燃料。该工艺使用廉价的铝基熔盐将塑料的长分子链分解成较小的碳氢化合物，在相对温和的条件下产生约 60% 的汽油。
据《科学日报》网站报道，美国能源部橡树岭国家实验室的研究人员开发出了一种新方法，可以将世界上最常见的塑料聚乙烯转化为汽油和柴油类燃料。
聚乙烯广泛用于购物袋和白色塑料切菜板等产品，但大量使用最终会变成废物。橡树岭国家实验室团队的方法将塑料与含有氯化铝的溶解盐结合起来。这些盐同时执行两项任务，既充当反应介质又充当驱动化学转化的催化剂。
研究人员为该技术申请了专利，研究结果发表在《美国化学会杂志》上。
溶解的盐如何将塑料分解成燃料
为了了解该过程为何有效，科学家们密切跟踪了将聚合物转化为燃料分子的化学反应。
利用软 X 射线光谱和核磁共振，研究小组发现带电铝原子与其他三个原子结合，形成高酸性催化位点。据《科学日报》网站报道，这些位点可以攻击构成聚乙烯的长分子链，并将其分解成更小的碳氢化合物分子。
使用同位素标记和中子散射的其他实验显示了起始聚合物的结构如何影响所得燃料。较简单的聚合物链产生类似汽油的化合物，而更复杂的聚合物链产生类似柴油的燃料。
研究人员表示，如果该方法最终能够扩展到实验室实验之外，它将有助于美国的能源安全并增强工业竞争力。
田纳西大学诺克斯维尔分校的博士后研究员Liqi Qiu说：“我们开发了一种高效、选择性的聚乙烯转化为汽油的方法。”他在ORNL实验室和UTK的Sheng Dai进行了大部分研究实验。 Dye 是橡树岭国家实验室的企业研究员、分离和聚合物化学部门的负责人，也是该论文的共同通讯作者。
实验在相对温和的反应条件下实现了60%的汽油产率。
在200摄氏度以下将塑料转化为汽油
该方法最重要的特点之一是与传统的塑料制燃料技术相比，它的需求量非常少。
《科学日报》网站援引该论文的共同通讯作者、ORNL 科学家 Jenzhen Yang 表示：“我们通过使用市售无机盐作为反应介质来提供催化位点，将聚合物废物转化为增值燃料。”
“与传统的聚合物制燃料技术不同，新工艺不需要贵金属催化剂、有机溶剂或外部氢气。这是首次使用熔盐作为介质，在不使用任何催化剂引发剂或溶剂的情况下，在低于200摄氏度的温度下从废物中生产高附加值化学品。”他补充道。
美国能源部橡树岭国家实验室的研究人员开发了一种新方法，可以将世界上最常见的塑料聚乙烯转化为汽油和柴油类燃料。
聚乙烯广泛用于购物袋和白色塑料切菜板等产品，但大量使用最终会变成废物。橡树岭国家实验室团队的方法将塑料与含有氯化铝的溶解盐结合起来。这些盐同时执行两项任务，既充当反应介质又充当驱动化学转化的催化剂。
研究人员为该技术申请了专利，研究结果发表在《美国化学会杂志》上。
溶解的盐如何将塑料分解成燃料
为了了解该过程为何有效，科学家们密切跟踪了将聚合物转化为燃料分子的化学反应。
据《科学日报》网站报道，利用软 X 射线光谱和核磁共振，研究小组发现带电铝原子与其他三个原子结合，形成高酸性催化位点。这些位点可以攻击构成聚乙烯的长分子链，并将其分解成更小的碳氢化合物分子。
使用同位素标记和中子散射的其他实验显示了起始聚合物的结构如何影响所得燃料。较简单的聚合物链产生类似汽油的化合物，而更复杂的聚合物链产生类似柴油的燃料。
研究人员表示，如果该方法最终能够扩展到实验室实验之外，它将有助于美国的能源安全并增强工业竞争力。
田纳西大学诺克斯维尔分校的博士后研究员Liqi Qiu说：“我们开发了一种高效、选择性的聚乙烯转化为汽油的方法。”他在ORNL实验室和UTK的Sheng Dai进行了大部分研究实验。 Dye 是橡树岭国家实验室的企业研究员、分离和聚合物化学部门的负责人，也是该论文的共同通讯作者。
实验在相对温和的反应条件下实现了60%的汽油产率。
在200摄氏度以下将塑料转化为汽油
该方法最重要的特点之一是与传统的塑料制燃料技术相比，它的需求量非常少。
该论文的共同通讯作者、ORNL 科学家 Jenzhen Yang 表示：“我们通过使用市售无机盐作为反应介质来提供催化位点，将聚合物废物转化为增值燃料。” “与将聚合物转化为燃料的传统方法不同，新工艺不需要贵金属催化剂、有机溶剂或外部氢气。这是首次使用熔盐作为介质，在不使用任何催化剂引发剂或溶剂的情况下，在低于200摄氏度的温度下从废物中生产高附加值化学品。”
逐个原子追踪化学
在橡树岭国家实验室，卢克·德门 (Luke Demen) 使用中子散射来帮助识别不同聚合物链反应时产生的碳氢化合物产物。 Felipe Polo-Garzon 使用气相色谱-质谱法分析了这些产品，这是一种用于分离和识别单个化合物的技术。
当聚乙烯与铝催化位点相互作用时，反应会产生带正电的碳离子。邱、杨和戴用氘（氢的同位素）标记了碳离子，使他们能够随着反应的进展追踪它所发生的情况。
该团队还使用橡树岭国家实验室散裂中子源的中子来监测系统中的氢气。
“聚合物含有大量氢，”戴伊说。 “中子是检测轻元素的理想选择，包括氢及其同位素，例如氘。”
研究人员还需要确定铝位点在此过程中如何变化。
Yang 转到劳伦斯伯克利国家实验室的先进光源，在那里与 Min-Jae Kim 和 Jinhuauo 一起工作。研究人员利用软 X 射线在原子和电子水平上检查了铝和聚乙烯之间的相互作用。据 ScienceDaily 网站报道，软 X 射线对于研究铝等相对较轻的元素特别有用。
“铝边缘转变为低电子密度边缘，这意味着形成了一些富电子中间体，”杨说。
“我们将研究结果与其他技术进行了比较，并证实芳环中间体可以与铝配位并引起结合能变化，”杨补充道。
这种转变提供了证据，表明铝位点正在积极催化化学反应。
模拟和先进成像揭示了这一机制
回到橡树岭国家实验室，纳米相材料科学中心的鲍比·桑普特 (Bobby Sumpter) 使用计算机模拟来研究反应过程中发生的能量变化，包括稳定的碳离子如何形成并转化为碳氢化合物产物。
在 UTK，Michael Kohler 使用原位 X 射线衍射来跟踪化学反应过程中反应混合物相的变化。卡洛斯·阿尔贝托·斯特伦 (Carlos Alberto Steren) 利用核磁共振研究了铝的催化位点。
ORNL 的王涛提供了熔盐化学方面的专业知识，而 ORNL 的 Logan Kearney 提供了高密度聚合物以及将其转化为高价值产品的可能方法的专家指导。
剩下的挑战：保持盐稳定
尽管铝基催化剂体系价格低廉且化学活性高，但它有一个重要的局限性。该材料具有吸湿性，这意味着它很容易吸水。水分会降低其稳定性。
研究人员现在希望研究限制溶解盐的方法，可能使用卤素或碳基材料，使盐更容易分离和加工，同时提高其稳定性。
发布于 2026 年 9 月 22 日
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