一种空心纳米聚集体微球催化剂、制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种空心纳米聚集体微球催化剂、制备方法及其应用，所述空心纳米聚集体微球催化剂，表面由活性纳米颗粒组成，内部为空心结构；所述活性纳米颗粒分散到溶剂中形成分散体或悬浮液，然后通过喷雾干燥结合成的活性空心纳米聚集体微球；所述活性纳米颗粒粒径为2

【技术实现步骤摘要】
一种空心纳米聚集体微球催化剂、制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及一种聚酯回收利用
；更具体地，涉及一种空心纳米聚集体微球催化剂、制备方法及其在降解聚酯回收利用上的应用。

技术介绍

[0002]聚酯塑料主要指对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，是对苯二甲酸和乙二醇通过酯化反应合成对苯二甲酸乙二醇酯后，再由单体缩聚合成的石油基塑料。因其无毒无味，具有高透明度、优良的力学性能、抗化学药品稳定性，在食物贮存、轻质车辆构造、建筑保温等各种领域得到广泛使用。其中，只有不到10％的PET塑料被回收循环使用，40％都是作为使用寿命极短的一次性用品，很难在短时间内降解，通常历经“生产
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废弃
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处理”的单向过程。塑料垃圾在填埋、焚烧时产生至少5
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10倍质量的碳排放，在泄露到自然环境时严重影响海陆生态，甚至会以微塑料等形式被人类摄取。因此，以物质回收为目标的塑料循环再生处理技术受广泛关注。
[0003]目前废塑料的回收方法通常是物理回收，即简单地洗涤聚合物，然后将其熔化并重塑。但是，这些再生塑料与原始塑料相比，不仅性能变差，而且价值较低，不足以弥补回收、分类和处理等过程的成本。化学回收方法可以将某些塑料解聚为单体，而得到的单体可以转化为高值化学品，或再聚合为具备原始物化性质的聚酯。但此过程反应温度和压力较高，需要通过高效催化剂来降低反应能耗和简化分离回收路线。
[0004]催化剂的选用是当前研究的一个难点，经报道用于降解聚酯的均相催化剂，如金属(Zn,Co,Mn等)醋酸酯、离子液体等不容易从产物中分离并重复使用。为提高降解效率，纳米级和高分散的金属颗粒和金属氧化物颗粒、石墨氮化碳也被用于降解聚酯。例如，Du等将拟均相ZnO纳米分散体用于PET的乙二醇降解，可在180℃下1小时内以82％的降解率解聚PET(Du J T,Sun Q,Zeng X F,et al.ZnO nanodispersion as pseudohomogeneous catalyst for alcoholysis of polyethylene terephthalate[J].Chemical Engineering Science,2020,220:115642.)。虽降解性能良好，但这类催化剂也很难彻底从产品中分离出来，残留的超小纳米颗粒易使产品质量降低。
[0005]为了解决催化剂的分离回收问题，研究人员通过各种方法引入具有磁性的非均相糖酵解催化剂，包括掺杂磁铁矿、合成钴铁氧体或锌铁氧体、在磁性纳米颗粒上包覆纳米氧化物或氮化硼等。例如，Li等采用锌铁氧体纳米颗粒在197℃下降解PET塑料，2h内PET降解率达100％，单体收率达79.82％(Li Y,Li K,Li M,et al.Zinc
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doped ferrite nanoparticles as magnetic recyclable catalysts for scale
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up glycolysis of poly(ethylene terephthalate)wastes[J].Advanced Powder Technology,2022,33(3):103444.)。但它们的催化活性远不如上述拟均相催化剂。
[0006]所以提供一种高效、易分离、可用于大规模工业生产的催化剂，对降低聚酯回收能耗、简化催化剂回收流程具有重要意义。

技术实现思路

[0007]本专利技术要解决的第一个技术问题是提供一种空心纳米聚集体微球催化剂。
[0008]本专利技术要解决的第二个技术问题是提供一种空心纳米聚集体微球催化剂的制备方法。该方法无溶剂残留物，对纳米分散体或悬浮液的适用范围广，适合大规模制备、生产。可以通过控制预先合成的纳米颗粒的大小和分散性，经过喷雾干燥的组装，得到具有可控尺寸形貌的空心纳米聚集体微球。
[0009]本专利技术要解决的第三个技术问题是提供一种空心纳米聚集体微球催化剂在降解聚酯回收利用上的应用。
[0010]为解决上述第一个技术问题，本专利技术采用如下的技术方案：
[0011]一种空心纳米聚集体微球催化剂，该催化剂的表面由活性纳米颗粒组成，内部为空心结构；所述活性纳米颗粒分散到溶剂中形成分散体或悬浮液，然后通过喷雾干燥结合成的活性空心纳米聚集体微球；所述活性纳米颗粒粒径为2
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100nm；所述空心纳米聚集体微球的粒径为1
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30μm。
[0012]优选地，所述空心纳米聚集体微球催化剂中还包括磁性纳米颗粒；所述磁性纳米颗粒和活性纳米颗粒分散到溶剂中形成分散体或悬浮液，然后通过喷雾干燥结合成复合磁性空心纳米聚集体微球催化剂。
[0013]优选地，所述活性纳米颗粒选自TiO2、CeO2、MnO2、MoO3、CuO、Cu2O、ZnO、MgO、NiO、ZrO2、Al2O3、CdO、Sb2O3、V2O5、SiO2分散体或悬浮液中的一种或多种。
[0014]优选地，所述磁性纳米颗粒选自γ
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Fe2O3，Fe3O4、FeO、FeCo、CoFe2O4、ZnFe2O4、NiFe2O4、MnFe2O4、Co3O4、Mn3O4、FeN、Fe2N中的一种或多种。
[0015]为解决上述第二个技术问题，本专利技术采用如下的技术方案：
[0016]一种空心纳米聚集体微球催化剂的制备方法，包括如下步骤：
[0017]S11、将活性纳米颗粒分散于溶剂中并均匀混合，形成分散体或悬浮液；
[0018]S12、将上述分散体或悬浮液泵入喷雾干燥机进行喷雾干燥，得到活性空心纳米聚集体微球。
[0019]优选地，S11步骤中，所述活性纳米材料为选自TiO2、CeO2、MnO2、MoO3、CuO、Cu2O、ZnO、MgO、NiO、ZrO2、Al2O3、CdO、Sb2O3、V2O5、SiO2分散体或悬浮液中的一种或多种。
[0020]优选地，S11步骤中，所述溶剂为水、甲醇、乙醇、乙二醇、环己烷、四氢呋喃、甲苯、丙酮、N,N
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二乙基甲酰胺中的一种或多种。
[0021]优选地，步骤S11中，所述分散体或悬浮液中的固含量为0.1
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10％；更优选地，所述分散体或悬浮液的固含量为1
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5％。
[0022]优选地，步骤S12中，所述喷雾干燥的入口温度为90
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180℃；更优选地，喷雾干燥的入口温度为110
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140℃。
[0023]优选地，步骤S12中，所述分散体或悬浮液的输入速度为0.1
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2L/h；更优选地，分散体或悬浮液的输入速度为0.3
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1L/h。
[0024]优选地，步骤S12中，喷雾干燥时的压缩空气气速为400
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800L/h；更优选地，喷雾干燥时的压缩空气气速为500
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700L/h。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空心纳米聚集体微球催化剂，其特征在于：该催化剂的表面由活性纳米颗粒组成，内部为空心结构；所述活性纳米颗粒分散到溶剂中形成分散体或悬浮液，然后通过喷雾干燥结合成活性空心纳米聚集体微球；所述活性纳米颗粒粒径为2
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100nm；所述空心纳米聚集体微球的粒径为1
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30μm。2.根据权利要求1所述空心纳米聚集体微球催化剂，其特征在于：所述空心纳米聚集体微球催化剂表面还包括磁性纳米颗粒；所述磁性纳米颗粒和活性纳米颗粒分散到溶剂中形成混合分散体或悬浮液，然后通过喷雾干燥结合成复合磁性空心纳米聚集体微球催化剂。3.根据权利要求1或2任一所述空心纳米聚集体微球催化剂，其特征在于：所述活性纳米颗粒选自TiO2、CeO2、MnO2、MoO3、CuO、Cu2O、ZnO、MgO、NiO、ZrO2、Al2O3、CdO、Sb2O3、V2O5、SiO2分散体或悬浮液中的一种或多种。4.根据权利要求2所述空心纳米聚集体微球催化剂，其特征在于：所述磁性纳米颗粒选自γ
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Fe2O3，Fe3O4、FeO、FeCo、CoFe2O4、ZnFe2O4、NiFe2O4、MnFe2O4、Co3O4、Mn3O4、FeN、Fe2N中的一种或多种。5.如权利要求1所述空心纳米聚集体微球催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S11、将活性纳米颗粒分散于溶剂中并均匀混合，形成分散体或悬浮液；S12、将上述分散体或悬浮液泵入喷雾干燥机进行喷雾干燥，得到活性空心纳米聚集体微球。6.根据权利要求5所述空心纳米聚集体微球催化剂的制备方法，其特征在于：S11步骤中，所述活性纳米材料为选自TiO2、CeO2、MnO2、MoO3、CuO、Cu2O、ZnO、MgO、NiO、ZrO2、Al2O3、CdO、Sb2O3、V2O5、SiO2分散体或悬浮液中的一种或多种；优选地，S11步骤中，所述溶剂为水、甲醇、乙醇、乙二醇、环己烷、四氢呋喃、甲苯、丙酮、N,N
’‑
二乙基甲酰胺中的一种或多种；优选地，步骤S11中，所述分散体或悬浮液中的固含量为0.1
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10％；更优选地，所述分散体或悬浮液的固含量为1
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5％；优选地，步骤S12中，所述喷雾干燥的入口温度为90
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180℃；更优选地，喷雾干燥的入口温度为110
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140℃；优选地，步骤S12中，所述分散体或悬浮液的输入速度为0.1
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2L/h；更优选地，分散体或悬浮液的输入速度为0.3
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1L/h；优选地，步骤S12中，喷雾干燥时的压缩空气气速为400
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800L/h；更优选地，喷雾干燥时的压缩空气气速为500
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700L/h。7.如权利要求2所述复合磁性空心纳米聚集体微球的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S21、将活性纳米颗粒和磁性纳米颗粒分散于溶剂中，并混合均匀得到混合分散体或悬浮液；S22、将上述混合分散体或悬浮液泵入喷雾干燥机进行喷雾干燥，得到复合磁性空心纳米聚集体微球。8.根据权利要求7所述复合磁性空心纳米聚集体微球的制备方法，其特征在于：S21步骤中，所述活性纳米颗粒选自TiO2、CeO2、MnO2、MoO3、CuO、Cu2O、ZnO、MgO、NiO、ZrO2、Al2O3、
CdO、Sb2O3、V2O5、SiO2中的一种或多种；优选地，S21步骤中，所述磁性纳米颗粒选自γ
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Fe2O3，Fe3O4、FeO、FeCo、CoFe2O4、ZnFe2O4、NiFe2O4、MnFe2O4、Co3O4、Mn3O4、FeN、Fe2N中的一种或多种；优选地，S21步骤中，所述活性纳米颗粒和磁性纳米颗粒的质量比为0.1
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10:1；...

【专利技术属性】
技术研发人员：王洁欣，员岭峡，曾晓飞，陈建峰，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：