包装领域大量使用的聚烯烃类材料造成严重的环境污染,其降解和资源化再利用仍然是世界性难题和研究热点。化学法回收利用被认为具有广阔的应用前景,通过热解、催化裂解等手段将其转化为小分子产物或单体,实现资源化再利用。常用的催化剂为固体酸类(路易斯酸或布朗斯特酸)分子筛(天然沸石、MCM-41等),主要成分为硅铝酸盐,铝元素最外层的空轨道提供了酸性位点,是催化剂的活性中心,该类催化剂依靠其内部丰富的孔结构和大的比表面积实现与聚合物熔体的接触。然而聚合物熔体粘度大,不易扩散,催化裂解过程中的结焦产物还会堵塞催化剂孔道而使催化剂失活。因此,仍存在裂解温度高、催化剂用量大和易失活、聚合物分子在催化剂孔道中扩散不均等问题。针对分子筛类催化剂存在的上述问题,本课题提出以AlCl3(一种典型的路易斯酸)为催化剂主剂,与NaCl混合形成液态的共晶熔盐,在保持其催化活性的同时减少AlCl3的升华。在裂解反应体系中AlCl3-NaCl熔盐呈液态,能够避免因结焦导致催化剂失活的问题,也提高了反应体系的温度均匀性。通过分析认为AlCl3与NaCl摩尔比为3:2为最优比例,最终在300-500℃的温度区间内形成的稳定液态熔盐中AlCl3的摩尔比在51%-54.9%之间。利用摩尔比为3:2的AlCl3-NaCl熔盐催化废聚苯乙烯(WPS)、废聚丙烯(WPP)和废聚乙烯(WPE)三种废聚烯烃的裂解反应。三种聚烯烃均来自收集的废包装材料,经过预处理并造粒,所用的聚苯乙烯为非晶聚合物,聚丙烯和聚乙烯的结晶度分别为45.51%和54.57%,三种聚烯烃热分解起始温度分别为360℃、420℃和440℃,受侧基和结晶情况的影响,聚苯乙烯最容易发生分解,而分子链排列紧密的聚乙烯最难分解,三种聚烯烃裂解反应的表观活化能分别为206.23 kJ·mol-1、227.07 kJ·mol-1 和 250.61 kJ·mol-1。裂解实验结果表明AlCl3-NaCl熔盐催化剂能增加结焦产物和气体产物的比例,同时液体产物比例有所下降,液体产物中轻质组分含量升高,AlCl3-NaCl熔盐还能明显加快裂解反应速率。另外,AlCl3-NaCl熔盐能够显著降低聚苯乙烯、聚丙烯和聚乙烯三种废聚烯烃的起始裂解温度和裂解反应的表观活化能,使用30 wt%熔盐时,三种废聚烯烃的表观活化能分别降至92.32 kJ·mol-1、48.76kJ·mol-1和122.16 kJ·mol-1,使用催化剂时聚丙烯的表观活化能降低最明显,聚苯乙烯下降幅度与聚乙烯大致相当,约50%。通过分析Al3+的价层电子排布,提出了基于配位催化作用的催化机理,通过熔盐的亲电作用,形成碳正离子,碳正离子通过氢转移反应、异构化、环化反应以及芳构化反应形成多样结构的裂解产物。利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)和傅里叶红外光谱仪(FTIR)分析了液体产物的成分。分别利用扫描电子显微镜(SEM)、FTIR和电子能谱仪(EDS)表征了结焦产物及其碳化物的成分和结构。结果表明聚乙烯和聚丙烯的裂解产物主要为链式脂肪烃,并含有少量的环状结构烃和芳香烃,聚苯乙烯裂解产物主要为苯系物,如甲苯、乙苯、苯乙烯以及多环芳烃和少量稠环芳烃。通过分析结焦产物的官能团,提出在AlCl3-NaCl熔盐催化下,聚烯烃通过直接脱氢成碳产生结焦产物的机制。碳化后的结焦产物具有丰富的孔结构,主要成分为C元素,将其作为一种多孔碳材料,在吸附、电化学等领域仍然有一定的应用潜力。另外,分析产物成分后,提出AlCl3-NaCl熔盐能通过催化烷基化反应和聚烯烃的直接脱氢成碳,减少三种聚烯烃液体产物中烯烃产物的生成。