微波驱动化学催化：选择性加热助力绿色化学工业发展

微波驱动化学催化：选择性加热助力绿色化学工业发展

微波驱动化学催化为化学反应提供了独特、选择性的非平衡反应体系，近年来受到了广泛的关注。与传统加热相比，微波可以诱导离子的振动运动和分子的转动运动，可以增加单个原子和分子的动能，最终产生原子尺度的温度梯度。微波凭借选择性、快速加热和非平衡场特性，可以将能量导向特定的催化位点，强化期望的反应路径并减弱副反应的发生，提升目标产物的选择性，促进绿色化工的发展。微波独特的加热方式，可以充分保证加热效率，热能利用率高，无接触污染，设备占地面积小，可以显著降低能耗，具有节能、环保、高效等优势。 近年来，化学研究所油气开发与节能环保新材料研发中心三次采油团队围绕微波驱动热催化技术开展废旧塑料化学回收、农林废弃生物质回收利用、工业废盐资源化利用等研究工作。

图1. 微波驱动固体废物热催化化学解聚

在废旧聚烯烃塑料的化学回收利用方面，研究团队通过结构设计和功能活性物种组装，制备了多种兼具微波吸收和催化性能的自分散Ni-Co和Ni-Fe双金属催化剂，采用简便的一步燃烧法。在微波驱动下，约3.5分钟即可将LDPE、HDPE、PP等多种废旧塑料及垃圾填埋场混合废塑料高效转化为氢气和多壁碳纳米管。同时，与传统电炉加热方式相比，微波驱动催化不仅可将氢气产量提高2至3倍，还能显著降低能耗。相关研究工作发表在（2024,483,）。

图2. 利用废塑料高效生产氢/碳纳米管

在农林废弃生物质回收利用方面，该研究组以廉价经济的生物炭为原料，以废旧锂离子电池及生物质的回收利用为切入点，成功制备出多种性能优异的锂离子电池衍生催化剂。在微波驱动、相对温和的条件下（350 ºC），成功将稻秸秆催化转化为高产率增值合成气（H2和CO）和富含单环芳烃的液体产物。相关研究工作发表于（2024, 12, ）。

图 3. 微波辅助催化生物质热解废旧锂离子电池及衍生催化剂

将废旧塑料转化为单体和基本化工产品是有效管理废旧塑料、实现循环经济的重要举措。近期，该课题组开发了一步微波热解耦合ZSM-5催化重整技术，成功实现了LDPE、HDPE、PP等多种塑料及混合塑料高效催化转化为乙烯、丙烯、丁烯、苯、甲苯、乙苯和二甲苯，为塑料转化为高价值石化产品提供了一条潜在途径。相关研究工作发表在和（2024，312，）上。

图4. 废塑料产生的苯系物

此外，该团队在利用微波催化开发工业废盐资源、低碳醇转化制烯烃、低碳醇蒸汽重整制氢等方面也取得了重大进展。

该研究工作得到了国家重点研发计划、理化所所长基金和企业技术发展基金的资助。

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