胡良兵Nature Chem Eng：孔隙门控焦耳热精准升级聚乙烯为航油前驱物
导语
全球塑料垃圾预计2050年达260亿吨，传统热解产物混杂、收率低、能耗高。2025年7月22日，马里兰大学胡良兵团队（现任耶鲁大学）在《Nature Chemical Engineering》发表研究，提出“孔隙梯度调控焦耳热解”，在无催化剂条件下实现低密度聚乙烯（LDPE）到C8–C18航油前驱物的高选择性转化，收率65.9%，选择性80.8%，并给出百克级放大路线。
— 研究亮点 —
无需催化剂：仅靠分级孔道与温度梯度完成分子“剪切—修边”。
超高选择性：C8–C18烃选择性>80%，显著优于传统及多数催化体系。
绿色放大：万t级装置投资降59%，碳排放再降56%，可全绿电驱动。
— 图文导读 —
图1 分级孔道焦耳热反应器原理
• 自下而上孔径递减（1 mm→500 μm→200 nm）
• 焦耳热产生630–445 °C温度梯度
• “门控效应”精准裂解大分子至目标航油片段
图2 结构-温度梯度表征
• 3D打印MWCNT/PLA碳柱，毫米-微米-纳米三级孔道
• 红外热像+光纤测温证实稳定温度梯度
• 时序SEM记录逐区裂解-挥发动态
图3 产物与中间体分析
• 分级孔反应器2 min获得65.9 % C8–C18航油前体
• GPC：中间体PDI由1.79降至1.24，抑制二次反应
• COMSOL模拟：停留时间随孔径-粘度-扩散系数精确调控
图4 规模化设计与技术经济分析
• 商用碳毡百克级反应器收率56.2 %
• 8万t/a装置总投资3.56亿美元，运营成本降30 %
• 模块化10×10阵列+绿电驱动，连续化、数字化放大可行
总结与展望
胡良兵团队以“孔隙梯度+焦耳热”范式，首次在毫秒-秒级尺度内完成聚乙烯到航空燃料前驱物的“分子级分馏”，并给出万 t 级放大路线。展望未来：
多底物扩展——将分级孔-温度耦合思路移植至 PP、PS、混合聚烯烃及生物质；
在线智能——耦合原位光谱与机器学习，实现孔径-温场实时优化；
全绿工艺——以可再生电力驱动焦耳热源，进一步降低 50 % 以上碳排。
—— 深圳中科精研 · 焦耳热放大方案 ——
中科精研 FJH、HTS、HTL 三大系列装置已覆盖综述中的毫秒-秒-小时全时段焦耳热需求：
• FJH 闪蒸平台：μs–ms 升温 2000–10000 K，可直接复现论文“1 mm→200 nm 分级孔道”实验；
• HTS 超快装置：秒级循环 + 100–3200 ℃ 分段测温，已对接百克级碳毡连续反应器；
• HTL 长时系统：小时级保温，适配后续均质化或缺陷退火。
全部开放 LabVIEW/Python API，并内置孔径-温度-停留时间数据库，由首席技术顾问陈亚楠教授团队联合维护，助力科研用户快速完成从实验室克级到工业公斤级的无缝放大。