美国能源部橡树岭国家实验室(ORNL)研究人员开发出一种方法，能将常见废弃碳氢聚合物——聚乙烯(白色砧板和购物袋常用材料)转化为类似汽油和柴油的燃料，该团队已为此申请专利。相关成果发表于《美国化学会志》。
一种新型熔盐基系统可将聚乙烯废料转化为类似汽油和柴油的燃料，用于交通运输和制造业。图片来源：Jacquelyn DeMink/橡树岭国家实验室，美国能源部
此方法利用含氯化铝的熔盐处理聚乙烯，氯化铝熔盐既作溶剂又当催化剂。科学家通过监测反应，借助软X射线光谱和核磁共振分析发现，带电铝原子与其他三个原子结合形成强酸性催化位点，能分解长链聚合物;同位素标记和中子散射技术揭示了不同复杂程度聚合物链生成不同燃料的过程。
实验在温和条件下取得约60%的汽油产率。ORNL的科学家杨珍珍称，新工艺利用市售无机盐作反应介质提供催化位点，无需贵金属催化剂、有机溶剂或外部氢气，首次在低于200摄氏度、无催化引发剂或溶剂条件下，从废料中生产高附加值化学品。此前，聚乙烯转化为汽油需在450至500摄氏度高温下通过热解进行。
ORNL企业研究员兼分离和聚合物化学部门负责人戴胜表示，ORNL系统解决了两个根本问题：一是稳定系统下工艺规模化容易;二是无需引发剂启动催化反应。
自20世纪60年代起，ORNL一直引领熔盐研究发展，当时熔盐反应堆实验表明熔盐混合物可同时作核反应堆燃料和冷却剂，戴胜提出利用熔盐将聚合物废料转化为燃料。
在该项目中，多学科专业知识和先进仪器设备发挥重要作用。ORNL的卢克·戴门采用中子散射法、费利佩·波罗 - 加尔松采用气相色谱 - 质谱法识别碳氢化合物产物;邱立奇、杨珍珍和戴胜用氢同位素氘标记碳离子追踪反应行为，还利用散裂中子源的中子追踪氢;杨珍珍与劳伦斯伯克利国家实验室人员合作，用软X射线研究铝位点与聚合物相互作用;ORNL的鲍比·桑普特进行模拟检验反应能量动力学;田纳西大学诺克斯维尔分校的迈克尔·科勒用原位X射线衍射监测相变，卡洛斯·阿尔贝托·斯特伦用核磁共振研究铝位点;ORNL的王涛提供熔盐专业知识，洛根·卡尼提供高密度聚合物及其增值利用建议。
尽管铝位点体系有催化活性且成本低，但具有吸湿性，会吸收水分失去稳定性。研究团队希望探索用卤素或碳材料限制熔盐，改善分离和处理过程。
邱立奇称，聚合物原料可从消费废料大量获取，铝熔盐催化剂体系成本低廉，此进展对工业界意义重大。美国能源部科学办公室(材料科学与工程部)为该研究及气相色谱 - 质谱分析工作提供主要支持，研究使用了ORNL(散裂中子源、纳米相材料科学中心)和劳伦斯伯克利国家实验室(先进光源)的用户设施。
