Recovering Valuable Chemicals from Polypropylene Waste via a Mild Catalyst-Free Hydrothermal Process

催化作用 聚丙烯 惰性气体 化学 化学工程 聚合物 热重分析 热液循环 傅里叶变换离子回旋共振 废物管理 材料科学 环境化学 有机化学 离子 工程类
作者
Qiongying Xu,Qiandi Wang,Jiaqi Yang,Wenzong Liu,Aijie Wang
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.est.4c04449
摘要

Waste polypropylene (PP) presents a significant environmental challenge, owing to its refractory nature and inert C–C backbone. In this study, we introduce a practical chemical recovery strategy from PP waste using a mild catalyst-free hydrothermal treatment (HT). The treatment converts 64.1% of the processed PP into dissolved organic products within 2 h in an air atmosphere at 160 °C. Higher temperatures increase the PP conversion efficiency. Distinct electron absorption and emission characteristics of the products are identified by spectral analysis. Fourier transform-ion cyclotron resonance-mass spectrometry (FT-ICR-MS) reveals the oxidative cracking of PP into shorter-chain homologues (10–50 carbon atoms) containing carboxylic and carbonyl groups. Density functional theory (DFT) calculations support a reaction pathway involving thermal C–H oxidation at the tertiary carbon sites in the polymer chain. The addition of 1% H2O2 further enhances the oxidation reaction to produce valuable short-chain acetic acids, enabling gram-scale recycling of both pure PP and disposable surgical masks from the real world. Techno-economic analysis (TEA) and environmental life cycle costing (E-LCC) analysis suggest that this hydrothermal oxidation recovery technology is financially viable, which shows significant potential in tackling the ongoing plastic pollution crisis and advancing plastic treatment methodologies toward a circular economy paradigm.
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