微波驱动的化学催化过程为化学反应提供了一种独特的、选择性的非平衡态反应系统，近年来广受关注。相较传统加热，微波可诱导离子的振动运动和分子的旋转运动，并可增加单个原子和分子的动能，最终在原子尺度上产生温度梯度。得益于该选择性、快速加热和非平衡场特性，微波能量能够实现向特定催化位点的定向传输，强化期望的反应路径并弱化副反应的发生，增强目标产物选择性，有利于促进绿色化学工业的发展。微波独特的加热方式可充分保障加热效率，热能利用高，无接触污染，设备占地小，可显著降低能耗，具有节能、环保和高效优势。理化所油气开发及节能环保新材料研发中心三次采油团队近几年重点围绕微波驱动热催化开展废旧塑料化学回收，农林废弃生物质回收和工业废盐资源化等研究工作。

图1.微波驱动热催化固体废弃物化学解聚

在废旧聚烯烃塑料化学回收方面，课题组通过结构设计和功能活性物种组装，采用简易的一步燃烧法制备了多种兼具微波吸收和催化性能的自分散Ni-Co和Ni-Fe双金属催化剂。在微波驱动下，约3.5分钟便可将多种废塑料如LDPE、HDPE、PP和填埋场混杂废塑料高效转化为氢气和多璧碳纳米管。同时，相比于传统电炉加热方式，微波驱动催化不仅可以提升2～3倍的氢气产量，而且能显著降低能量消耗。相关研究工作发表于Chemical Engineering Journal (2024, 483, 149270)。

图2.废旧塑料高效制取氢气/碳纳米管

在农林废弃生物质回收方面，课题组以价廉经济的生物炭为原料，以废旧锂离子电池和生物质共回收为出发点，成功制备了多种性能优异的锂离子电池衍生催化剂。在微波驱动且较为温和的条件下（350 ºC）成功将水稻秸秆催化转化为高产量附加值合成气（H₂和CO）和富含单环芳烃的液体产品。相关研究工作发表于Journal of Environmental Chemical Engineering (2024, 12, 112099)。

图3.废旧锂离子电池及衍生催化剂微波辅助催化生物质热解

废塑料向单体和基础化工产品的转化是有效管理废塑料和实现循环经济的重要举措。近日，课题组开发了一种一步微波热解耦合ZSM-5催化重整技术，成功实现了多种塑料如LDPE、HDPE、PP和混合塑料向乙烯、丙烯、丁烯、苯、甲苯、乙苯和二甲苯的高效催化转化，为塑料向高价值石化产品的转化提供了一种潜在的途径。相关研究工作发表于Energy Conversion and Management (2024, 312, 118571)。

图4.废旧塑料制取BTEX

此外，团队也在利用微波催化工业废盐资源化开发，低碳醇转化制烯烃以及低碳醇蒸汽重整制氢等领域取得显著进展。

研究工作得到了国家重点研发计划，理化所所长基金和企业技术开发经费的资助。

文章链接：

CEJ：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894724007551

JECE: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221334372400229X

ECM: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0196890424005120