消费后塑料废物通常由多种聚合物组成，其成分的异质性给回收带来了挑战。
聚乙烯/乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（PE/EVA）混合物是一个典型例子，广泛用于多层包装材料、薄膜和电缆涂层。
PE/EVA混合物的化学回收通常生成低价值的短链烷烃（尤其是甲烷），并伴随积碳问题。
2025年8月14日，清华大学牛志强在国际知名期刊Journal of the American Chemical Society发表题为《Tandem Catalysis to Mitigate Coke Formation in the Upcycling ofMixed Polyoleffn Wastes》的研究论文，Jiayang Zhao为论文第一作者，牛志强为论文通讯作者。
在本文中，作者展示了一种串联的加氢脱氧-加氢裂解工艺，利用Ru-MoOx/CeO2将PE/EVA废物转化为长链烃类。机理研究表明，将MoOx引入Ru催化剂中可以促进EVA中醋酸根的加氢脱氧，从而减少焦炭的形成，而Ru随后催化碳链的加氢裂解。该系统实现了对混合PE/EVA的近乎完全转化，产出了超过65%的燃料和蜡，具有极高的比活性（782 gPE/EVA gRu-1 h-1）。此外，Ru-MoOx/CeO2在各种PE/EVA产品以及0.5−2.0 MPa的氢气压力范围内均表现出高效率。这种多功能性突显了这种串联工艺在混合聚烯烃废物升级回收中的潜力。图1：催化剂筛选与表征。(a) EVA-12树脂的热重分析（TGA）曲线；(b) 在240°C和2MPa H2非催化条件下，EVA-12树脂的时间依赖性热降解，剩余VA含量基于图S2中的红外光谱计算；(c) 不同催化剂对EVA-12的催化加氢脱氧/加氢裂解反应。反应条件：340mg EVA-12树脂，10mg Ru/CeO2（2.1wt%，与2mg WO3或MoO3物理混合），或10mg Ru-MoOx/CeO2（2.9wt%），2MPa H2，240°C，3h；(d) Ru-MoOx纳米颗粒的透射电子显微镜（TEM）图像（比例尺，50nm）。插图为直径直方图；(e) Ru-MoOx纳米颗粒的高角环形暗场扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）图像（比例尺，1nm）。插图为对应的快速傅里叶变换（FFT）图像；(f) Ru-MoOₓ纳米颗粒的能量色散X射线光谱（EDS）元素分布图（比例尺，1nm）；(g) Ru-MoOx/CeO2的高分辨率TEM图像（比例尺，10nm）。圆圈标记Ru-MoOx纳米颗粒；(h) 在240°C下H2中还原1h后，Ru-MoOx/CeO2的Mo 3d X射线光电子能谱（XPS）；(i) 在0.1MPa H2下240°C还原1h后，Ru/CeO2和Ru-MoOx/CeO2的Ru 3d XPS。图2：EVA-12解聚过程。(a, b) 在H2催化下，EVA-12解聚的时间依赖性产物分布（a）和详细的碳分布（b），催化剂为Ru-MoOx/CeO2和Ru/CeO2。反应条件：340mg EVA-12，10mg催化剂（2.1wt% Ru/CeO2或2.9wt% Ru-MoOx/CeO2），2MPa H2，240°C；(c) Ru-MoOx/CeO2催化下EVA-12解聚的可溶性产物的二维1H−13C异核单量子相干核磁共振（HSQC）；(d, e) Ru-MoOx/CeO2（d）和Ru/CeO15px;">2（e）催化后固体残留物的红外吸收光谱；(f) 固体残留物中剩余的VA含量。图3：使用模型化合物的机理研究。(a) Ru-MoOx/CeO2和Ru/CeO2催化的转化率和H₂消耗量比较。反应条件：340mg正十六烷（C16），8mg乙酸乙酯（EA），10mg催化剂（2.1wt% Ru/CeO2或2.9wt% Ru-MoOx/CeO2），2MPa H2，240°C，Ru/CeO2为8h，Ru-MoOx/CeO2为3h以达到相当的C16转化率；(b) Ru-MoOx/CeO2和Ru/CeO2催化的烃类产物选择性；(c, d) Ru-MoOx/CeO2和Ru/CeO2催化后的吸收红外光谱（c）和拉曼光谱（d）；(e, f) 提出的反应机理示意图。Ru/CeO2(e)与Ru-MoOx/CeO2(f)催化的EVA解聚过程。图4：串联催化在EVA含塑料废物升级回收中的应用。(a) 不同VA含量的EVA树脂的串联加氢脱氧-加氢裂解。反应条件：240°C，340mg EVA树脂，10mg Ru-MoOx/CeO2（2.9wt%，20mg EVA-40），3h，2MPa H2；(b) 在不同H2压力下，EVA-12树脂的催化升级回收。反应条件：240°C，340mg EVA-12，10mg Ru-Mox/CeO2（2.9wt%），2.0和1.5MPa为3h，1.0MPa为12h，0.5MPa为6h；(c, d) PE/EVA-12混合物解聚后的非气态产物分布。反应条件：240°C，340mg PE/EVA-12（70/30w/w），10mg Ru-MoOx/CeO2（2.9wt%），1.5h，2MPa H2；(e, f) 不同消费后PE/EVA塑料的照片（e）及其串联催化后的产物分布（f）。反应条件：240°C，340mg消费后PE/EVA塑料，10mg Ru-MoOx/CeO2（2.9wt%，20mg农用薄膜），3h，2MPa H2。综上，作者介绍了一种利用Ru-MoOx/CeO2催化剂将PE/EVA混合塑料废物高效转化为长链烃类燃料和蜡的串联催化工艺。该工艺通过加氢脱氧和加氢裂解，实现了超过65%的液体产物产率和极高的比活性（782 gPE/EVA gRu-1h-1），同时显著减少了焦炭形成。
研究表明，这一成果为塑料废物的高效回收和升级利用提供了新方法，具有重要的环境和经济意义。
Tandem Catalysis to Mitigate Coke Formation in the Upcycling ofMixed Polyoleffn Wastes. J. Am. Chem. Soc. 2025. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c05824.
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