摘要
塑料以其多功能和低成本被广泛应用于工业与生活中，已成为现代世界消费经济中不可或缺的重要材料。然而，伴随着不断增长的塑料产量而来的是日益严重的塑料污染问题，废弃塑料的资源化能源化利用迫在眉睫。催化热解作为一种具有广阔前景的技术，是塑料能源化利用的关键技术手段。ZSM-5 作为一种无机多孔材料，常被作为催化剂应用于废塑料的催化热解体系中。然而，传统水热法制备工艺存在时间长、结晶效率低等问题，为此本文通过微波辅助水热法实现介孔 ZSM-5 分子筛的快速制备，研究各项操作条件对分子筛性能的影响机制，进一步针对微波催化热解构建复合催化体系，实现了废塑料微波催化高效热解。本研究具体工作如下： (1) 以四丙基氢氧化铵作为有机模板剂，通过微波辅助水热法制备了介孔级 ZSM-5分子筛。结合各项表征手段考察了晶化时间、晶化温度、硅铝比、陈化温度对 ZSM-5 分子筛的物化性质的影响。结果表明：当设定晶化温度为 170 ℃，晶化时间为 4 h，陈化温度40 ℃，硅铝比(SiO2/Al2O3)为 150的条件下，合成的 ZSM-5型分子筛形貌规则呈六棱镜形，表面光滑，分散程度较好且晶粒均一性好，具有较大的比表面积(408.399 m2/g)。在此基础上通过浸渍法制备了Pd@ZSM-5，其对CO催化氧化转化效率可达97%。 (2) 通过浸渍法制备ZSM-5@Fe/Ru复合材料，用于废弃塑料微波催化热解以评价其催化性能。金属的负载不会改变 ZSM-5 分子筛的物相结构，活性组分主要为金属氧化物Fe2O3和RuO2。研究结果表明：负载金属后的分子筛酸性强度明显增强，但比表面积出现下降；与无催化剂和传统 ZSM-5 的催化体系相比，ZSM-5@Fe∶Ru(2∶1)催化性能明显提升，在 600 ℃时裂解气成分占比达到最高值 55.32%，H2含量达到最高(50.03%),且负载金属氧化物表现出对C-C、C-H、C-O与C=O键断裂的促进作用；进一步发现 Fe的引入有利于提高H2的产量，而 Ru的引入会促进 CO和C2H4的产生，从而通过调控负载金属比例实现气体反应产物分布的有效调控。 (3) 在分子筛表面通过氧化石墨烯(GO)诱导ZSM-5沿c轴生长ZSM-5纳米颗粒形成核-壳结构，改善了传统浸渍法金属元素分散性差、团聚严重、活性位点少且主要以金属氧化物的形式存在所导致的催化活性较低的问题。进一步采用光沉积结合浸渍焙烧法负载金属，得到分散的 Ru与 Fe单质，有效提高了金属利用率，核壳结构丰富了 ZSM-5的比表面积，丰富了其表面酸性位点，用于提高双酚 A 二缩水甘油醚(BADGE)微波催化热解效率。
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