研 究 背 景

聚烯烃塑料，包括低密度聚乙烯（LDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）和聚丙烯（PP），广泛应用于包装、容器、薄膜、日用品等领域，是目前使用量最大的塑料类别之一。然而，消费后聚烯烃废塑料通常具有组分混杂、形貌差异大、添加剂复杂和污染物残留等特点，导致其分选和机械回收难度较高，再生产品附加值有限。

将废聚烯烃直接转化为乙烯、丙烯等轻烯烃，是构建塑料闭环循环的重要方向。轻烯烃不仅是聚乙烯和聚丙烯生产的关键单体，也是现代石化工业中重要的平台化学品。然而，传统热裂解通常需要较高温度，并容易生成烷烃、芳烃和焦炭等副产物，难以兼顾低温转化和高选择性。因此，发展能够适应真实混合废塑料、并高选择性制备轻烯烃的新型催化转化策略具有重要意义。

成 果 介 绍

美国西弗吉尼亚大学  Yuxin Wang 教授团队在 Carbon Energy 发表最新研究成果，提出了一种微波辅助催化升级回收策略，用于将真实消费后聚烯烃废塑料高效转化为轻烯烃。该研究以 Ru@α-Fe₂O₃为催化剂，系统考察了真实 LDPE、HDPE、PP 及其混合废塑料的微波催化转化行为，所用原料包括塑料袋、包装材料、储物盒、家用瓶、饮料瓶、食品盒、饮水杯和包装薄膜等。研究发现，微波催化体系对真实废塑料中的添加剂、形貌差异和混合组分具有良好适应性，在真实混合聚烯烃体系中可于 400 °C 下获得约 80 wt.% 以上的气体产率和超过 70 wt.% 的轻烯烃选择性。相比传统热处理，微波过程能够在更低温度下促进聚烯烃裂解，并有效减少烷烃、氢气和 BTX 芳烃等副产物生成。红外热成像表明，微波场中催化剂优先吸收微波并在催化剂—塑料界面形成局域加热区域，从而促进聚合物链断裂并提高轻烯烃生成效率。循环实验进一步证明，Ru@α-Fe₂O₃ 催化剂在多次使用后仍保持较高气体产率。技术经济分析和生命周期评价显示，该过程具有正净现值（+$81.67MM）和较低温室气体排放强度（0.0468 kg CO₂ eq/kg ethylene-equivalent product）。该成果以 “Upcycling Real-World Post-Consumer Polyolefins Plastics into Light Olefins Via Microwave-Assisted Processing” 为题发表在 Carbon Energy 上。

研 究 亮 点

1.面向真实消费后聚烯烃废塑料，突破模型塑料研究局限。

本研究选取真实 LDPE、HDPE、PP 及其混合废塑料作为原料，包括塑料袋、包装材料、储物盒、家用瓶、饮料瓶、食品盒、饮水杯和包装薄膜等，系统考察了添加剂、形貌差异和混合组分对微波催化升级回收的影响。结果表明，尽管真实废塑料具有复杂添加剂和明显形貌差异，该体系仍能实现高效转化，说明微波辅助催化方法对实际废塑料流具有较强适应性。

2.微波辅助催化显著降低反应温度，实现真实混合废塑料高效制轻烯烃。

以Ru@α-Fe₂O₃为催化剂，真实混合聚烯烃废塑料在 400 °C 微波条件下即可获得约 83.0 wt.% 的气体产率和 71.2 wt.% 的轻烯烃选择性，而传统热处理在相同温度下气体产率仅约 4.5 wt.%。即使与 600 °C 传统热处理相比，400 °C 微波体系仍表现出更高的气体产率和轻烯烃选择性，体现出微波催化在低温高效转化方面的优势。

3.催化剂界面局域加热调控裂解路径，抑制副产物生成。

红外热成像表明，微波场中Ru@α-Fe₂O₃催化剂能够优先吸收微波并快速升温，而周围塑料相对较冷，从而在催化剂—塑料界面形成局域加热区域。这种界面选择性加热促进聚合物链断裂和低碳轻烯烃生成，同时减少 H₂、烷烃和 BTX 芳烃等副产物，说明微波过程不仅是加热方式改变，更能够影响聚烯烃裂解反应路径。

4.催化剂具有良好循环稳定性，TEA/LCA证明工艺应用潜力。

六次连续循环实验显示，Ru@α-Fe₂O₃催化剂在不更换和不再生条件下仍能保持 80 wt.% 以上的气体产率，乙烯和丙烯始终为主要轻烯烃产物。多种表征结果表明，循环过程中催化剂主要受到添加剂衍生无机物和碳沉积覆盖影响，而未发生严重结构坍塌。进一步的技术经济分析和生命周期评价显示，该过程具有正净现值（+$81.67MM）和较低温室气体排放强度（0.0468 kg CO₂ eq/kg ethylene-equivalent product），为真实废塑料低碳升级回收提供了可行路径。

图 文 解 析

图1 整体研究思路：微波驱动真实废聚烯烃制轻烯烃

本研究选取真实 LDPE、HDPE、PP 及其混合废塑料作为原料，包括塑料袋、包装材料、储物盒、家用瓶、饮料瓶、食品盒、饮水杯和包装薄膜等，系统考察了添加剂、形貌差异和混合组分对微波催化升级回收的影响。结果表明，尽管真实废塑料具有复杂添加剂和明显形貌差异，该体系仍能实现高效转化，说明微波辅助催化方法对实际废塑料流具有较强适应性。

图2  微波辅助催化与传统热处理的对比

在真实混合聚烯烃废塑料体系中，微波催化表现出明显低温优势。400 °C 微波条件下即可获得约 83.0 wt.% 的气体产率和 71.2 wt.% 的轻烯烃选择性，而传统热处理在相同温度下转化有限。该结果说明，微波辅助催化能够在更温和条件下促进聚烯烃裂解，并有效提升轻烯烃生成效率。

研 究 小 结

综上所述，本研究开发了一种微波辅助催化升级回收真实消费后聚烯烃废塑料制备轻烯烃的有效策略。以 Ru@α-Fe₂O₃ 为催化剂，该体系能够直接处理真实 LDPE、HDPE、PP 及其混合废塑料，在 400 °C 下实现约 80 wt.% 以上的气体产率和超过 70 wt.% 的轻烯烃选择性，显著优于传统热处理过程。红外热成像表明，微波场中催化剂优先吸收微波并在催化剂—塑料界面形成局域加热区域，从而促进聚合物链断裂，提高乙烯、丙烯等轻烯烃生成效率，并抑制烷烃、氢气和 BTX 芳烃等副产物生成。循环实验进一步证明，该催化剂在真实混合废塑料体系中具有较好的稳定性和抗复杂原料干扰能力。结合技术经济分析和生命周期评价，本研究不仅证明了微波催化在真实废聚烯烃低温高效转化中的应用潜力，也为构建“废塑料—轻烯烃—新塑料”的低碳闭环循环路径提供了新的设计思路。

作者简介

Yuxin Wang： 西弗吉尼亚大学（West Virginia University）化学与生物医学工程系助理教授、独立课题组负责人，主要从事多相催化、微波催化、反应工程和低碳化学品生产相关研究，研究方向包括塑料废弃物升级回收、天然气转化、氨合成和稀土金属回收等。近年来，主持美国能源部（DOE）支持的多个塑料废弃物升级回收相关项目，包括塑料薄膜微波催化转化为高价值单体项目，以及利用微波技术从废旧聚丙烯中回收丙烯的项目。相关成果发表在Applied Catalysis B: Environmental and Energy、 Carbon Energy、Chemical Engineering Journal、Green Chemistry、Journal of Catalysis 等期刊，并申请多项微波催化和塑料废弃物转化相关美国专利。

相关论文信息

论文原文在线发表于Carbon Energy，点击“阅读原文”查看论文。

论文标题：

Upcycling Real-World Post-Consumer Polyolefins Plastics into Light Olefins Via Microwave-Assisted Processing

文章研究方向：

微波催化、塑料化学回收、碳资源循环、可持续化工— —聚烯烃升级回收、真实消费后废塑料、轻烯烃、Ru@α-Fe₂O₃ 催化剂、微波辅助催化、真实混合塑料、技术经济分析、生命周期评价

论文网址：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cey2.70277

DOI: 10.1002/cey2.70277

关于“Carbon Energy”

Carbon Energy（《碳能源（英文）》）由温州大学和Wiley携手创办，聚焦清洁能源、光电催化、新型碳制造、碳减排等领域，旨在成为国内外优秀科研成果展示的高端平台、国家重大科研战略的助推器和广大科研工作者喜爱阅读的科研工具，立志成为未来“碳时代”高影响力的学术旗舰期刊。期刊创刊主编为丽水学院校长、温州大学原副校长王舜教授。

Carbon Energy 2018年创刊，2019年入选中国科技期刊卓越行动计划“高起点新刊”，2020年获批国内统一连续出版物号，连续五年入选科技期刊世界影响力指数（WJCI）报告，连续四年入选“中国最具国际影响力学术期刊”和中国科学院材料科学1区Top期刊，连续三年入选“北京国际图书博览会中国精品期刊展”，相继被DOAJ、CAS、ESCI、Scopus、SCIE、INSPEC、CSCD、OAJ、中国科技核心期刊目录等收录，2024年入选中国高校科技期刊建设示范案例库杰出科技期刊入库案例和中国科技期刊卓越行动计划二期英文梯队期刊项目。2025年影响因子为21.4，在能源与燃料、纳米科技、物理化学三大领域位列全球期刊前九，材料科学（多学科）领域472本期刊中，位列19。在此基础上，孵化《碳中和（英文）》和《碳创新（英文）》子刊。

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