塑料变石油！中科院黑科技：机器学习+分子筛，废塑料裂解产油率狂飙87.8%
3月18-20日，江苏张家港，扫码报名
倒计时 29 天
产物复杂：裂解产物包含固态蜡、液态油和气体，液态油虽价值高，但成分复杂； 催化剂筛选难：不同塑料需匹配特定催化剂（如分子筛），传统实验方法耗时耗力； 反应条件优化难：温度、催化剂比例等参数需反复试错，效率低下。
中科院城市环境研究所团队另辟蹊径，将机器学习（ML）与分子筛催化技术结合，开发了一套智能逆向设计框架，成功实现废塑料高效裂解为高价值燃油。相关成果发表于国际顶级期刊《Applied Energy》，引发学界与产业界广泛关注。
李 编 博士
高分子物理与化学专业
进入废塑料化学循环领域4年
专注PET、PE、UPR等化学回收
技术突破：机器学习如何“驯服”废塑料
1. 数据驱动：构建全球最大废塑料裂解数据库
团队从2000年以来的文献中提取了280组液态油产率数据、142组C5-C12烃类产率数据，涵盖塑料类型（PP、PE、PS等）、分子筛性质（比表面积、硅铝比等）、反应条件（温度、催化剂比例）等关键参数。通过数据清洗、缺失值填补（如k近邻算法）和归一化处理，构建了高精度预测模型的基础。
2. 模型优选：XGBoost脱颖而出
团队测试了随机森林（RF）、梯度提升回归（GBR）和极端梯度提升（XGBoost）三种树模型。结果显示，XGBoost在预测液态油和C5-C12烃类产率时表现最佳，测试集R²分别达0.85和0.87，误差（RMSE）仅为7.72%和7.73%，远超传统实验的“单因素优化法”。
图2. 根据(a)塑料型、(b)沸石框架型代码和(c)确定的沸石类别，对废塑料沸石催化裂解中液体油和C5-C12烃的产率的原始数据进行了统计分析。
3. 特征解析：四大关键因素浮出水面
聚乙烯（PE）比例：PE含量超10%会显著降低液态油和轻质烃产率； 反应温度：380–550℃为液态油高产区间，但C5-C12烃类仅在380–430℃达峰值； 分子筛比表面积：过高或过低均不利，最佳值约350 m²/g； 硅铝比（Si/Al）：高硅铝比（如200）利于液态油，低硅铝比（如25）则促进轻质烃生成。
图3. 活性金属描述符(a)的PCC及其对预测液体产率(b)和C5-C12碳氢化合物(c)的产率的重要性。
4. 逆向设计：AI指导实验，产率超预期
结合粒子群优化（PSO）算法，团队筛选出最优组合：聚苯乙烯（PS）为原料，ZSM-5分子筛（Si/Al=200，比表面积352 m²/g）为催化剂，反应温度413℃。模型预测油产率为80.85%，而实验验证结果高达87.82%，误差仅-7.93%。更惊人的是，该温度比文献报道低近200℃，大幅降低能耗。
实验验证：从数据到实践的跨越
图S1. 沸石催化废塑料热解的原理图(a)和实验装置(b)。（1. 氮气瓶;2. 质量流量控制器；3. 温度控制器;4. 实验室两级催化热解管式炉；5. 塑料;6. 催化剂;7. 冷凝器;8. 液油收集瓶；9. 洗油器（丙酮）；10. 气包
液态油中C5-C12烃类占比达48%，可直接用作汽油组分； 气体产物（如甲烷、乙烯）可循环供能，实现过程自持； 与传统高温裂解（600℃）相比，能耗降低30%以上。
这一结果不仅验证了模型的可靠性，更揭示了机器学习在复杂化工系统中的巨大潜力。
未来展望：从实验室到工业化的挑战
数据规模限制：现有数据集仅数百组，需联合全球实验室共建共享数据库； 机制解释性不足：未来拟融合密度泛函理论（DFT）计算，揭示分子筛催化微观机制； 工程化放大：实验室小试与工业级反应器存在差异，需开发动态自适应ML模型。
《Zeolite-catalytic pyrolysis of waste plastics: Machine learning prediction, interpretation, and optimization》
（资料来源：Applied Energy，若需可查看原文）
大会议程 | |
3月18日 |
大会报到 |
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3月18日19：00-23：00 （全球同步） |
ChinaReplasT&P2025 第三届塑料污染防治理论与实践论坛 主题：关于塑料的哲学 详情查看链接：塑料迷局下的哲学思考 : “理论误区”Vs“实践困惑” |
3月19日全天 |
PlasFuture2025 塑料污染防治与回收再生论坛 主题：技术准备与政策突破 详情查看链接：2025年，塑料污染防治与回收再生的技术准备与政策突破 |
3月19日下午 |
ChinaReBaling2025 第四届塑料回收打包站与分拣中心论坛 主题：新模式、新装备 |
3月19日晚上 |
晚宴 金苹果颁奖 2024年塑料回收示范企业颁奖 |
3月20日全天 |
ChinaRePolyHP2025 聚烯烃（PE/PP）硬质包装循环论坛 主题：规模化的本质是效率 |
3月20日全天 |
ChinaRePolyFP2025 聚烯烃（PP/PE）软包装膜发泡材料循环论坛 主题：闭路循环的制度建设与商业实践 |
3月20日全天 |
ChinaRePET2025 PET循环论坛 主题：竞争优势的来源：工艺、装备、数字化的持续升级 详情查看链接：再生 PET 竞争优势的来源：工艺、装备、数字化的持续升级 | PET 循环论坛 · 苏州 · 3 月 20 日 |
CPRRA-DfR2025 中国国际塑料产品“为了回收的设计”大会 | |
3月21日全天 |
CPRRA-DfR2025 中国国际塑料产品“为了回收的设计”大会 主题：从自愿到责任，从技术到政策 |
本篇文章来源于微信公众号:废塑料新观察
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