【人物与科研】中科院大连化物所新成果：研究人员用废饮料瓶解决生物航煤密度和密封性问题

导语

随着化石能源储量的不断减少，开发新型有机碳源已成为当今世界的研究热点。聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）是一种由于具有良好的机械性能和热性能而被广泛使用的塑料，目前世界年产量大约为5千万吨左右。由于PET树脂化学降解能力较差，带来一些环境问题。近年来，通过化学方法回收利用废弃的PET树脂受到人们的关注。目前已有报道的技术主要集中在将PET树脂降解为对苯二甲酸（或对苯二甲酸酯），以及它们的进一步加氢制备环己烷二甲酸酯或环己烷二甲醇。在以废弃的PET树脂为原料选择性合成燃料方面尚无报道。另外，木质纤维素航空燃料的催化合成也是人类开发新型有机碳源的一种方式。目前，国内外报道的合成的木质纤维素航空燃料在化学结构上多以链烃为主，在密度（或体积热值）和橡胶密封性方面均低于传统的航空煤油（链烃、环烃和芳烃的混合物），在实际应用中需要与传统的航空煤油混合使用才能满足航空燃料的要求。近日，中科院大连化学物理研究所张涛院士团队的李宁研究员等人开发了一种新方法。该方法能同时利用生物质含氧化合物和废弃的PET树脂为原料合成同时具有链烃、环烃和芳烃的燃料，主要研究策略如图1所示。相关研究成果发表于Green Chemistry（DOI: 10.1039/C9GC00571D）。

图1. 以PET为原料合成汽油和航空煤油范围环烷烃和芳烃的研究策略
（来源：Green Chem.）

李宁研究员简介

李宁，中科院大连化学物理研究所研究员。1997年、2000年于吉林大学化学系取得学士、硕士学位；2004年在中科院大连化学物理研究所取得博士学位；2005年至2010年，在法国里昂催化与环境研究所、美国马萨诸塞大学化工系做了5年的博士后。2010年8月作为“所百人计划引进人才”加入中科院大连化学物理研究所张涛院士团队，主要从事木质纤维素催化转化合成航空燃料和能源化学品的研究。具体内容主要包括以下三个方面：1）木质纤维素航空煤油或能源化学品合成新路线的探索；2）廉价高效的催化剂的开发；3）高效集成的新工艺研究。迄今为止，李宁研究员已经在Angew. Chem. Int. Ed., Joule, AIChE Journal, ACS Catalysis, Applied Catalysis B: Environmental, Green Chem.等国际知名刊物上发表文章80余篇。获得授权专利16件。2015年荣获辽宁省“十百千”高端人才引进工程“千人层次”以及大连市杰出青年科技人才称号。

前沿科研成果

用废饮料瓶解决生物航煤密度和

密封性问题

首先，该工作采用农夫山泉纯净水瓶为代表的PET树脂废弃物为原料，通过甲醇醇解反应获得对苯二甲酸二甲酯。作者发现该反应在无需催化剂的条件下即可发生，获得产物对苯二甲酸二甲酯，其常温下是固体且在甲醇中溶解度较低。因此，当反应温度降低至室温后可以很容易地与甲醇相分离（图2）。

图2. PET树脂甲醇醇解产物冷却至室温后的状态

（来源：Green Chem.）

接着，为了提高对苯二甲酸二甲酯的流动性，作者还对其进行了加氢。在无溶剂的温和条件下获得了常温下以液态形式存在的1,4-环己烷二甲酸二甲酯（图3）。该化合物在无溶剂条件下通过进一步加氢脱氧可以获得汽油或航空煤油范围的环烷烃和芳烃。

图3. 对苯二甲酸二甲酯（左）及其加氢产物1,4-环己烷二甲酸二甲酯（右）

（来源：Green Chem.）

最后，作者通过无溶剂条件下1,4-环己烷二甲酸二甲酯与一些经典的生物质航空煤油前驱体的同时加氢脱氧，成功地获得了同时含有链烃、环烷烃和芳烃的燃料。该工作的开展为解决废弃的PET树脂带来的环境问题以及目前生物航煤存在的体积热值和橡胶密封性差的问题提供了新途径。

这一成果近期发表在Green Chemistry上，该论文作者为：Hao Tang, Ning Li, Guangyi Li, Aiqin Wang, Yu Cong, Guoliang Xu, Xiaodong Wang and Tao Zhang。

釜式反应器，用于PET醇解以及对苯二甲酸二甲酯无溶剂加氢反应

固定床流动相反应器，用于1,4-环己烷二甲酸二甲酯（及生物航煤前驱体）的无溶剂加氢脱氧

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