一种微波高温裂解废旧聚酯的方法技术

本发明专利技术公开了一种微波高温裂解废旧聚酯的方法。方法包括：将废旧聚酯与多孔复合材料接触，在惰性气氛下或真空，对废旧聚酯与多孔复合材料施加微波场，多孔复合材料产生电弧，从而迅速达到高温，使废旧聚乙烯裂解；本发明专利技术的方法利用微波中产生电弧的多孔复合材料在微波中产生电弧，从而迅速产生高温，使废旧聚酯裂解成化工原料，过程高效，产物组成附加值高。

A method of microwave pyrolysis of waste polyester

【技术实现步骤摘要】
一种微波高温裂解废旧聚酯的方法
本专利技术涉及废旧塑料资源利用
，具体是涉及一种微波高温裂解废旧聚酯的方法。
技术介绍
20世纪50年代以来，人类已生产83亿吨塑料，其中63亿吨已成为废弃物。这63亿吨废旧塑料中，9％被回收，12％被焚烧，其余79％(近55亿吨)被埋在垃圾填埋场中或在自然环境中积累。人类还在不断加快塑料的生产速度，目前塑料产量每年已达到4亿吨，预计到2050年，全球将有120亿吨废旧塑料。每年有超过800万吨塑料进入海洋，如不加以限制，到2050年，海洋里的塑料垃圾将比鱼类还多。近年来，国际顶级刊物相继发表了塑料微粒对海洋、河流中的生物和饮用水的污染，引起了全社会对塑料污染的关注。2018年，联合国环境署首次聚焦一次性塑料污染问题，发布世界环境日的主题为“塑战速决”，呼吁全世界向塑料污染“宣战”。就解决塑料污染问题，科研工作者已经做出了许多不懈的努力。从1970年开始，就有大量研究致力于制备在自然环境中可降解的塑料，但是可降解塑料只在生物医药、农业地膜和垃圾袋等方面有重要应用，并且，在需要回收再利用的场合，可降解塑料的存在会严重影响回收塑料制品的性能；同时，可降解塑料在非理想的自然环境中依然需要较长时间才能降解，无法有效解决白色污染问题。目前，机械回收是唯一被广泛采用的处理废旧塑料的技术方案，主要步骤依次是去除有机残渣、洗涤、粉碎、熔融再加工，在熔融再加工的过程中通常需要共混新料来维持性能。不同塑料对加工过程的响应不同，使得机械回收的技术方案适用的塑料种类很少，目前实际采用该技术进行回收再生的只有聚对苯二甲酸二醇酯(PET)和聚乙烯(PE)，分别占每年塑料产量的9％和37％。温度敏感塑料、复合材料、和升温不熔融流动的塑料(如热固性塑料)都无法通过该方法来处理。将废塑料通过化学转化或热转化制成小分子烃(气体、液态油或固体蜡)的化学回收法被认为是可以超越机械回收的技术方案，所得产物可以用作燃料或化工原料。目前该技术方案并没有被广泛应用，主要是由于成本太高。一方面化学回收过程大多需要昂贵的催化剂，并且催化剂的选择性要求原料需是纯的聚合物，这需要对废旧塑料进行耗时耗力的分类；另一方面化学回收过程需要较大能耗。聚酯是使用最多的塑料之一，不采用催化剂的微波热裂解技术，能量效率高，能够同时处理不同种类和受到一定污染的废旧聚酯使之裂解成化工原料，有望成为解决塑料污染问题的关键。微波是指波长介于红外线和特高频(UHF)无线电波之间的电磁波，具有非常强的穿透能力，其波长在lm到lmm之间，所对应的频率为300GHz～300MHz。微波发生器的磁控管接受电源功率而产生微波，通过波导输送到微波加热器，需要加热的物料在微波场的作用下被加热。微波的加热方式与普通的热传递有较大不同，高频电场以每秒几亿级的速度周期性改变外加电场和方向，使物料中的极性分子随电场作高频振动，分子间摩擦挤压作用使物料迅速发热，从而使物料内部和表面温度同时迅速升高。已有较多的专利公开了利用微波的这一特性进行热裂解的技术，如专利CN102585860A、专利CN103252226A、专利CN106520176A等，但都是用碳化硅等普通微波敏感材料在微波场中生热并传到给热裂解物料，从而达到热裂解目的，这种方式的工作温度不高，效率和产物组成不理想。因此，如何开发一种高效的微波高温裂解废旧聚酯的方法依然是一个难题，开发该方法具有巨大的应用前景。
技术实现思路
为解决现有技术的问题，本专利技术提供了一种微波高温裂解废旧聚酯的方法。本专利技术利用微波中产生电弧的多孔复合材料在微波中产生电弧，从而迅速产生高温，使废旧聚酯裂解成化工原料。本专利技术的方法过程高效，产物组成附加值高。本专利技术的目的是提供一种微波高温裂解废旧聚酯的方法。本专利技术的方法包括：将废旧聚酯与多孔复合材料接触，在惰性气氛下或真空，对废旧聚酯与多孔复合材料施加微波场，多孔复合材料产生电弧，从而迅速达到高温，使废旧聚乙烯裂解；废旧聚酯与多孔复合材料的重量比为1:99～99:1，优选1:50～50:1，更优选1:30～30:1。惰性气氛为现有技术中通常用的惰性气体气氛，比如氮气、氦气、氖气、氩气、氪气或氙气，优选氮气。废旧聚酯与多孔复合材料接触方式可采用各种方式，只要废旧聚酯与多孔复合材料有接触即可。优选：将废旧聚酯放置于多孔复合材料上、放置于多孔复合材料构成的腔体内、或被多孔复合材料盖在下部等。所述微波场的微波功率为100W～80KW；优选200W～50KW，最优选300W～30KW；微波时间为0.2～60min；优选0.5～50min，最优选1～40min。微波产生电弧，可以迅速达到700～3000℃，优选800～2500℃，更优选800～2000℃，使得废旧塑料裂解。所述多孔复合材料包括：无机多孔骨架和负载于无机多孔骨架上的碳材料。所述负载是指通过一定的结合力使碳材料固定于无机多孔骨架的表面或结构中。所述碳材料占多孔复合材料总质量的百分数为0.001％～99％，优选0.01％～90％，更优选0.1％～80％；所述无机多孔骨架是具有多孔结构的无机材料；无机多孔骨架的平均孔径为0.01-1000μm，优选0.05-500μm，更优选为0.2-250μm；孔隙率为1％-99.99％；优选为10％-99.9％，更优选为30％-99％。单个孔隙的孔径来自于SEM照片中经过孔隙中心的直线与孔隙轮廓的交点间距中最短的值。所述碳材料为石墨烯、碳纳米管、碳纳米纤维、石墨、炭黑、碳纤维、碳点、碳纳米线、由可碳化的有机物碳化得到的产物或由可碳化有机物的混合物碳化后的产物中的至少一种，优选为石墨烯、碳纳米管、由可碳化的有机物碳化得到的产物和由可碳化有机物的混合物碳化后的产物中的至少一种。所述可碳化有机物的混合物为可碳化有机物与非金属及非金属化合物的无机物、非金属化合物的其他有机物的混合物。所述的碳化是指：在一定的温度、气氛条件下处理有机物，有机物中的氢、氧、氮、硫等全部或大部挥发掉，从而得到一种含碳量很高的合成材料。所述的可碳化的有机物优选有机高分子化合物，有机高分子化合物包括合成高分子化合物和天然有机高分子化合物；合成高分子化合物优选为橡胶或塑料；所述塑料包括热固性塑料和热塑性塑料。所述天然有机高分子化合物优选为淀粉、粘胶纤维、木质素和纤维素中的至少一种。所述合成高分子化合物优选选自环氧树脂、酚醛树脂、呋喃树脂、聚苯乙烯、苯乙烯-二乙烯苯共聚物、聚丙烯腈、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、丁苯橡胶、聚氨酯橡胶中的至少一种。所述的可碳化有机物的混合物优选为煤、天然沥青、石油沥青或煤焦沥青中的至少一种。所述无机多孔骨架的无机材料为碳、硅酸盐、铝酸盐、硼酸盐、磷酸盐、锗酸盐、钛酸盐、氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物和卤化物中的一种或多种组合；其中所述氧化物优选氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化镁、氧化铈和氧化钛中的至少一种；所述氮化物优选氮化硅、氮化硼、氮化锆、氮化铪和氮化钽中的至少一种；所述碳化物优选碳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微波高温裂解废旧聚酯的方法，其特征在于所述方法包括：/n将废旧聚酯与多孔复合材料接触，在惰性气氛下或真空，对废旧聚酯与多孔复合材料施加微波场，多孔复合材料产生电弧，从而迅速达到高温，使废旧聚乙烯裂解；废旧聚酯与多孔复合材料的重量比为1:99～99:1，优选1:50～50:1，更优选1:30～30:1；/n所述微波场的微波功率为100W～80KW；微波时间为0.2～60min；/n所述多孔复合材料包括：无机多孔骨架和负载于无机多孔骨架上的碳材料；所述碳材料占多孔复合材料总质量的百分数为0.001％～99％，优选0.01％～90％，更优选0.1％～80％；/n所述无机多孔骨架是具有多孔结构的无机材料；无机多孔骨架的平均孔径为0.01-1000微米；孔隙率为1％-99.99％；/n所述碳材料为石墨烯、碳纳米管、碳纳米纤维、石墨、炭黑、碳纤维、碳点、碳纳米线、由可碳化的有机物碳化得到的产物或由可碳化有机物的混合物碳化后的产物中的至少一种，优选为石墨烯、碳纳米管、由可碳化的有机物碳化得到的产物和由可碳化有机物的混合物碳化后的产物中的至少一种。/n

【技术特征摘要】
1.一种微波高温裂解废旧聚酯的方法，其特征在于所述方法包括：
将废旧聚酯与多孔复合材料接触，在惰性气氛下或真空，对废旧聚酯与多孔复合材料施加微波场，多孔复合材料产生电弧，从而迅速达到高温，使废旧聚乙烯裂解；废旧聚酯与多孔复合材料的重量比为1:99～99:1，优选1:50～50:1，更优选1:30～30:1；
所述微波场的微波功率为100W～80KW；微波时间为0.2～60min；
所述多孔复合材料包括：无机多孔骨架和负载于无机多孔骨架上的碳材料；所述碳材料占多孔复合材料总质量的百分数为0.001％～99％，优选0.01％～90％，更优选0.1％～80％；
所述无机多孔骨架是具有多孔结构的无机材料；无机多孔骨架的平均孔径为0.01-1000微米；孔隙率为1％-99.99％；
所述碳材料为石墨烯、碳纳米管、碳纳米纤维、石墨、炭黑、碳纤维、碳点、碳纳米线、由可碳化的有机物碳化得到的产物或由可碳化有机物的混合物碳化后的产物中的至少一种，优选为石墨烯、碳纳米管、由可碳化的有机物碳化得到的产物和由可碳化有机物的混合物碳化后的产物中的至少一种。


2.如权利要求1所述微波高温裂解废旧聚酯的方法，其特征在于：
所述的无机材料为碳、硅酸盐、铝酸盐、硼酸盐、磷酸盐、锗酸盐、钛酸盐、氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物和卤化物中的一种或组合；优选为碳、硅酸盐、钛酸盐、氧化物、碳化物、氮化物、硼化物中的至少一种；
所述氧化物优选氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化镁、氧化铈和氧化钛中的至少一种；所述氮化物优选氮化硅、氮化硼、氮化锆、氮化铪和氮化钽中的至少一种；所述碳化物优选碳化硅、碳化锆、碳化铪和碳化钽中的至少一种；所述硼化物优选硼化锆、硼化铪和硼化钽中的至少一种。


3.如权利要求1所述微波高温裂解废旧聚酯的方法，其特征在于：
所述无机多孔骨架的平均孔径为0.05-500μm，优选为0.2-250μm；孔隙率为10％-99.9％，优选为30％-99％。


4.如权利要求1所述微波高温裂解废旧聚酯的方法，其特征在于：
所述无机多孔骨架为以下中的至少一种：聚合物海绵碳化后得到的碳骨架、无机纤维构成的多孔骨架、无机海绵骨架、无机颗粒堆积构成的骨架、陶瓷前驱体海绵焙烧后得到的陶瓷海绵骨架、陶瓷前驱体纤维焙烧后得到的陶瓷纤维骨架；优选三聚氰胺海绵碳化后的骨架、酚醛树脂海绵碳化后的骨架、硅酸铝纤维的多孔骨架、莫来石纤维的多孔骨架、氧化铝纤维的多孔骨架、氧化锆纤维的多孔骨架、氧化镁纤维的多孔骨架、氮化硼纤维的多孔骨架、碳化硼纤维的多孔骨架、碳化硅纤维的多孔骨架、钛酸钾纤维的多孔骨架、陶瓷前驱体纤维焙烧后得到的陶瓷纤维骨架。


5.如权利要求1所述微波高温裂解废旧聚酯的方法，其特征在于：
所述可碳化有机物的混合物为可碳化有机物与非金属及非金属化合物的无机物、非金属化合物的其他有机物的混合物。


6.如权利要求5所述微波高温裂解废旧聚酯的方法，其特征在于：
所述的可碳化有机物的混合物为煤、天然沥青、石油沥青或煤焦沥青中的至少一种。


7.如权利要求1所述微波高温裂解废旧聚酯的方法，其特征在于：
所述的可碳化的有机物为有机高分子化合物，有机高分子化合物包括合成高分子化合物和天然有机高分子化合物；合成高分子化合物优选为橡胶或塑料；所述塑料包括热固性塑料和热塑性塑料；
所述天然有机高分子化合物优选为淀粉、粘胶纤维、木质素和纤维素中的至少一种。


8.如权利要求7所述微波高温裂解废旧聚酯的方法，其特征在于：
所述合成高分子化合物选自环氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋海斌，乔金樑，张晓红，刘文璐，陈松，宋志海，孙姝琦，茹越，赵亚婷，王湘，黄文氢，张红彬，蔡传伦，戚桂村，高建明，李秉海，赖金梅，韩朋，张江茹，郭照琰，姜超，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司北京化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11