Hydrogenolysis of Polypropylene and Mixed Polyolefin Plastic Waste over Ru/C to Produce Liquid Alkanes

解聚 聚烯烃 氢解 催化作用 氧合物 聚丙烯 有机化学 烷烃 聚乙烯 化学 材料科学 化学工程 高分子化学 工程类 图层(电子)
作者
Julie E. Rorrer,Clara Troyano-Valls,Gregg T. Beckham,Yuriy Román‐Leshkov
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:9 (35): 11661-11666 被引量:166
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.1c03786
摘要

Catalytic depolymerization of polyolefins is a promising chemical recycling strategy to create value-added products from waste plastics, which are accumulating in landfills and the natural environment at unsustainable rates. The cleavage of strong C–C bonds in polyolefins can be performed using a noble metal and hydrogen via a hydrogenolysis mechanism. Previously, we identified ruthenium nanoparticles supported on carbon (Ru/C) as a highly active heterogeneous catalyst for the conversion of polyethylene into liquid and gaseous n-alkanes under mild conditions. In the present study, we investigated the catalytic depolymerization of polypropylene (PP) under mild conditions (200–250 °C, 20–50 bar H2). We demonstrate that Ru/C produces C5–C32 iso-alkane yields above 68% in the absence of solvent and identify trade-offs between product yield and temperature, hydrogen pressure, and reaction time. We apply a rigorous analytical method to quantify all liquid and gaseous alkane products. The characterized catalyst was found to be recyclable after the complete depolymerization of high molecular weight PP (Mw ∼ 340,000 Da) to liquid and gaseous hydrocarbons and after depolymerization of a postconsumer PP centrifuge tube. Further, the catalyst was shown to be effective in depolymerizing a mixture of high-density polyethylene and PP to produce a mixture of linear and branched liquid alkanes, demonstrating feasibility for the depolymerization of streams of mixed polyolefin waste.
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