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近日,中國科學院上海高等研究院王慧研究員和羅虎高級工程師研發團隊,在廢塑料升級提質利用取得重要進展,相關研究成果以 “Converting Plastic Wastes to Naphtha for Closing the Plastic Loop”為題發表在頂級期刊Journal of the American Chemical Society。低碳平臺部分參與并完成了相關理論計算和碳排放工作。
塑料廢棄物已經造成了嚴重的環境問題,并造成了巨大的資源浪費。選擇性地將廢塑料轉化為石腦油,作為乙烯和可再生塑料的主要原料,可以減輕碳排放,在碳資源循環利用方面顯示出很大的潛力。文章報道了低密度聚乙烯(LDPE)串聯催化轉化為石腦油的方法,使用Beta分子篩和Pt@S-1,在250℃時能夠得到液體產率為89.5%的石腦油,其中C5-C9烴類的選擇性超過95%。
為了進一步揭示分子篩擇形過程與反應機理,低碳平臺參與理論計算合作,進行了DFT與分子動力學的計算。結果顯示,對于C5至C11烯烴,吸附能量逐漸降低,長鏈分子上的多位點增強了吸附穩定性,合適強度的吸附能有利于烯烴的吸附以及烷烴的脫附。對不同烯烴在Pt@S-1的擴散速率進行了模擬計算,發現短鏈烯烴可以在沸石孔隙中更快地擴散,而側鏈結構增加了擴散阻力并阻礙了流動性。短鏈烯烴的快速擴散有利于它們與鉑納米顆粒的接觸和加氫反應,從而提高了C5-C7烴類的選擇性。
對塑料工藝流程進行了全生命周期評價(Life Cycle Assessment, LCA),分析了原料獲取、生產、使用和回收等不同過程的碳足跡,并核算了從原料到LDPE消耗各個階段的碳排放,塑料的循環使用可節約15%的能量,減少30%的溫室氣體排放。
原文鏈接:
https://doi.org/10.1021/jacs.2c11407
上海低碳技術創新功能型平臺(Shanghai Institute of Cleantech Innovation)由上海市松江區政府與中國科學院上海高等研究院共同發起。理論計算依托公司的分析測試平臺和“超級計算機”優質資源支持,專注于實驗科學的融合與創新,并結合高性能計算技術,開展專業的理論計算模擬服務??蔀楹韧饪蒲袡C構,企業科研團隊提供專業的技術支持。提升科研實驗、企業研發生產的效率。
基于量子化學、密度泛函理論(DFT)、分子動力學(MD)、有限元分析(CFD)與高通量計算/機器學習等技術,可進行模型搭建,性質計算與預測,活性位點與機理研究,以及進一步的材料篩選與預測等多層次研究。從文獻調研、對接商定計算方案、計算模擬等,最終完成理論計算科研項目。
現階段提供理論計算解決方案包括(但不限于):
1. 幾何性質:模型構建及優化(穩定構型,表面重構、缺陷等結構);
2. 表面性質:表面吸附能,表面能量,表面靜電勢,功函數等;
3. 電子性質:態密度,能帶結構,電荷密度分布,電子局域化函數(ELF), Bader電荷, Fukui函數等;
4. 熱力學性質:零點能,吉布斯自由能等;
5. 過渡態:反應能壘,反應機理,反應速率等;
6. 分子動力學(MD/AIMD)模擬:界面性質等。
碳核算服務/碳足跡分析:
1. 企業/組織碳核算:基于國內各行業溫室氣體核算指南或ISO14064、GHG Protocol等標準,核算企業碳排放量,編制排放報告等服務;
2. 碳足跡分析:基于實景數據和Gabi數據庫提供的背景數據,進行產品碳足跡分析
3. 企業/組織碳中和/節能減排方案制定;
4. 政策跟蹤與解讀、行業雙碳動態調研、咨詢等。
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