一种聚氯乙烯废物的处理方法技术

本发明专利技术涉及一种聚氯乙烯废物的处理方法，所述处理方法具体为：将聚氯乙烯废物和脱氯剂混合，后密闭加热进行热解处理，得到气相产物和固相产物，所述气相产物为高热值热解气，固相产物再经酸液浸泡和水洗后得到氯盐溶液和碳材料。与现有技术相比，本发明专利技术的处理过程简便，生产效率高，产物价值高，无二次污染，可同时实现聚氯乙烯的无害化处理和资源化利用。

【技术实现步骤摘要】
一种聚氯乙烯废物的处理方法
本专利技术属于废弃物处理
，具体涉及一种聚氯乙烯废物的处理方法。
技术介绍
聚氯乙烯(PVC)是五大通用塑料之一，因价格低廉、性能优异而被广泛使用于建筑、包装、电子器件、汽车工业等领域。据统计，2017年我国PVC消费量为1780万吨，占树脂总量的16.24％(中国塑料工业年鉴，2018)。在大量生产和使用PVC的同时也产生了大量的PVC废物。据统计，2001-2015年，PVC废物累积产生量约5480万吨(Liu等,Resources,Conservation&Recycling,154(2020)104584)。当前PVC处理与利用方式主要是填埋、焚烧和热解，但是PVC具有难生物降解的特性，在填埋场中会存在数百年时间；同时PVC中含有塑化剂、稳定剂等，在浸出后会产生有毒渗滤液；PVC中还含有大量的Cl元素，在焚烧过程中会产生酸性气体，腐蚀设备，同时Cl元素会促进重金属的氯化迁移及二噁英的产生；PVC的热解产物成分复杂、焦油含量高，且容易被Cl污染，表现出产品质量差、价值低、缺少消纳渠道的缺点。以PVC为原料制备碳材料，既可解决PVC废物污染问题，又可实现其高值化利用，因此该研究方向备受关注。例如，中国专利技术专利“一种聚氯乙烯基炭小球的合成方法”(公开号：CN107381532A)通过有机溶剂溶解、碱液处理脱氯、加热交联固化、高温碳化等四个步骤将PVC制备成了炭小球。文献“Convertingpolyvinylchlorideplasticwastestocarbonaceousmaterialsviaroom-temperaturedehalogenationforhigh-performancesupercapacitor”(Chang等,ACSAppliedEnergyMaterials,1(2018)5685-5693)首先将PVC废物与KOH溶液、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜混合并球磨处理2小时；随后，将得到的产物干燥、高温碳化获得碳材料。这些方法过程繁琐、费时费力，且需要消耗大量有机溶剂和碱液。中国专利技术专利“一种有机废物的资源化处理方法”(公开号：CN110903836A)通过密闭加热的方法可将多种有机废物转化为碳材料，但该方法没有脱氯操作，直接处理PVC废物会存在设备腐蚀、污染物排放的问题，具有潜在的环境风险。因此，有必要发展一种便捷、绿色、经济的PVC碳化方法。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为绿色、高效地实现聚氯乙烯处理和资源化利用提供一种聚氯乙烯废物的处理方法，以实现对聚氯乙烯废物的高值资源化再利用，同时可解决聚氯乙烯废物造成的设备腐蚀和环境污染问题，且生成具有高附加值的产品。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种聚氯乙烯废物的处理方法，具体为：将聚氯乙烯废物和脱氯剂混合，后密闭加热进行热解处理，得到气相产物和固相产物，所述固相产物再经酸液浸泡和水洗后得到氯盐溶液和碳材料，碳材料经干燥即可使用，酸液采用稀酸。本专利技术中反应是在反应釜中进行，“密闭”是指反应生成的物质不能离开反应釜，密闭前反应釜内是空气或氮气均可，碳材料为粒径在2–8μm之间的球形碳、块状碳或片状碳。进一步地，所述聚氯乙烯废物包括聚氯乙烯树脂或聚氯乙烯塑料废物中的一种或多种的混合。进一步地，所述脱氯剂为金属氧化物或金属氢氧化物，具有与氯化氢或聚氯乙烯反应生成溶解性氯盐的能力。进一步地，所述脱氯剂选自ZnO、KOH、CaO或NaOH中的一种或多种。进一步地，所述脱氯剂与聚氯乙烯废物的质量比大于其中n、M和cCl分别表示脱氯剂中金属的价态、脱氯剂的相对分子质量和Cl元素在聚氯乙烯废物中的质量百分比含量。以保证聚氯乙烯废物中的氯元素完全转化为氯盐。进一步地，加热速率为5–10℃/min。进一步地，所述热解的温度为600-700℃，热解的时间为20-40min，优选为30min。进一步地，所述热解处理在不锈钢反应釜中进行，所述反应釜的最高工作温度为800℃，最大耐压为5MPa。进一步地，采用盐酸进行浸泡，浸泡至固相产物的量不再变化即可(即氯盐溶解于盐酸中，呈固态的固相产物全为碳材料)。进一步地，所述盐酸的摩尔浓度为1–6mol/L。进一步地，所述气相产物包括甲烷、氢气或二氧化碳中的一种或多种。当气相产物中含有二氧化碳时，将二氧化碳除去后，剩余的气相产物具有高热值，可作为合成天然气储存运输或直接燃烧为系统供能。本专利技术采用一锅法对聚氯乙烯废物进行处理，反应过程中，聚氯乙烯在200–400℃分解，释放氯化氢。氯化氢随即被金属氧化物或金属氢氧化物吸收，并转化为氯盐。某些金属氧化物或金属氢氧化物(如ZnO)可直接与聚氯乙烯反应产生氯盐和多烯。聚氯乙烯脱氯得到的多烯进一步热解，热解产物经裂解、芳香化和缩聚反应转化为碳材料和热解气。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)产物为溶解性氯盐、碳材料和热解气，将聚氯乙烯废物资源化。氯盐可作为冶金或氯碱工业原料；碳材料可广泛用于电池、橡胶、污染物净化等工业领域；热解气可直接燃烧为反应系统供能。(2)通过金属氧化物或金属氢氧化物与聚氯乙烯反应减少氯化氢产生或吸收聚氯乙烯释放的氯化氢等酸性气体，避免了反应器腐蚀和大气污染问题。(3)反应过程不需要有机溶剂和碱液，更加绿色经济。(4)一锅法实现聚氯乙烯的脱氯、碳化和气化，过程简便，缩短了反应历程，提高了生产效率。附图说明图1为实施例1获得的固相产物的XRD谱图；图2为实施例1获得的碳材料的XRD谱图；图3为实施例1获得的碳材料的SEM照片；图4是实施例2获得的固相产物的XRD谱图；图5是实施例2获得的碳材料的XRD谱图；图6为实施例2获得的碳材料的SEM照片；图7为实施例2获得的碳材料的N2吸附等温线图；图8是对比例2获得的固相产物的XRD谱图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。实施例1一种聚氯乙烯废物的处理方法，其中聚氯乙烯废物为聚氯乙烯树脂(Cl元素在聚氯乙烯树脂中的质量百分比含量为56.8％)，具体为：将ZnO与聚氯乙烯树脂按0.9:1的质量比混合，随后加入到反应器(反应器为不锈钢反应釜，反应釜的最高工作温度为800℃，最大耐压为5MPa，下同)中。反应器密闭后，以5℃/min的升温速率升高到700℃，保持30min。冷却至室温后，获得7.71wt.％的气相产物和92.29wt.％的固相产物。固相产物的XRD谱图如图1所示，可看到，固相产物主要为ZnCl2和ZnOCl2·2H2O，即聚氯乙烯中的Cl转化为了ZnCl2和ZnOCl2·2H2O。固相产物经摩尔浓度为3mol/L的稀盐酸浸泡(浸泡至固相产物的量不再变化即可，下同)和蒸馏水清洗并分离后获得ZnCl2溶液和碳材料。碳材料的XRD谱图如图2所示，可看到，其XRD谱图中只有无定形石墨的衍射本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚氯乙烯废物的处理方法，其特征在于，所述处理方法具体为：将聚氯乙烯废物和脱氯剂混合，随后密闭加热进行热解处理，得到气相产物和固相产物，所述固相产物再经酸液浸泡和水洗后得到氯盐溶液和碳材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种聚氯乙烯废物的处理方法，其特征在于，所述处理方法具体为：将聚氯乙烯废物和脱氯剂混合，随后密闭加热进行热解处理，得到气相产物和固相产物，所述固相产物再经酸液浸泡和水洗后得到氯盐溶液和碳材料。


2.根据权利要求1所述的一种聚氯乙烯废物的处理方法，其特征在于，所述聚氯乙烯废物包括聚氯乙烯树脂或聚氯乙烯塑料废物中的一种或多种的混合。


3.根据权利要求1所述的一种聚氯乙烯废物的处理方法，其特征在于，所述脱氯剂为金属氧化物或金属氢氧化物。


4.根据权利要求3所述的一种聚氯乙烯废物的处理方法，其特征在于，所述脱氯剂与聚氯乙烯废物的质量比大于其中n、M和cCl分别表示脱氯剂中金属的价态、脱氯剂的相对分子质量和Cl元素在聚氯乙烯废物中的质量百分比含量。


5.根据权利要求1所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：章骅，周小力，何品晶，邵立明，吕凡，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31