一种富氢溶剂中PET塑料原位加氢制备对二甲苯的方法技术

本发明专利技术提出了一种富氢溶剂中PET塑料原位加氢制备对二甲苯的方法。该方法，包括以下步骤：(1)将糖类、三聚氰胺、金属盐置于去离子水中，搅拌均匀后，得到催化剂前驱体溶液，将催化剂前驱体溶液转移至反应容器进行水热反应，水热反应得到的固体经水洗、干燥和研磨后进行微波处理，在氩气气氛中煅烧，冷却至室温，得到碳包覆双金属催化剂；(2)在反应容器中先加入富氢溶剂，随后加入PET塑料与碳包覆双金属催化剂，氮气气氛下，进行搅拌反应，自然冷却后收集液相产物并进行检测。本发明专利技术为PET的回收升级提供了一种更加清洁、经济、安全、高效的处置方式，具有良好的经济、社会与环境效益。社会与环境效益。

【技术实现步骤摘要】
一种富氢溶剂中PET塑料原位加氢制备对二甲苯的方法

：
[0001]本专利技术涉及废弃物处理领域，具体涉及一种富氢溶剂中PET塑料原位加氢制备对二甲苯的方法。

技术介绍
：
[0002]本世纪以来，人类社会对于塑料制品的需求日益增长，据统计，2021年全球塑料制品产量为3.9亿吨，其中90％以上来源于石油化工行业的衍生产品。聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是最常见、应用最广泛的塑料之一，自然降解周期可长达数百年，因此需要开发高效、清洁的回收方式降低经济损失与环境污染。目前，废旧PET的主流回收方式有三种：能量回收、机械回收与化学回收。能量回收是通过燃烧等形式回收PET的热能，该方法往往伴随着巨量温室气体与有毒气体的排放，因此不被提倡。机械回收是通过物理手段(熔融、挤压成型等)在不改变废旧PET化学组成的前提下将其回收并用于其他领域，但该方法会导致PET力学性能的降低，回收后的再生PET应用受限，无法实现资源的高效循环。化学回收是通过化学手段(热化学、催化等)将废旧PET转化为高纯度的单体或精细化学品，这些产品可以用作PET或其他化工产品的合成原料，循环利用率高、污染小，具有极高的经济与环境效益。因此，开发一种廉价、稳定、高效的催化剂用于废旧PET的催化转化是当前PET回收领域的重点与难点。
[0003]碳材料因其来源广泛、成本低廉等优点，被广泛应用于各类催化剂的制备。碳包覆方式使得催化剂具备三维空间结构，可以提高原料在催化剂中的扩散，增加活性位点与反应的接触并降低催化剂的失活。传统催化还原反应通常需要高压氢气的加入，这为PET的回收引入了额外的成本与潜在的安全风险。

技术实现思路
：
[0004]本专利技术解决了现有技术存在的问题，提供一种富氢溶剂中PET塑料原位加氢制备对二甲苯的方法，本专利技术采用水热法制备具有不同金属活性位点的碳包覆催化剂，并在各种富氢溶剂中对废旧PET原料进行加氢还原，将PET直接转化为对二甲苯这一具有广泛应用场景的化工基础原料，实现了无外源氢气参与下PET解聚与原位加氢的耦合，为PET类废塑料的综合回收升级利用提供了一种更加清洁、更加安全且经济效益更好的方案。
[0005]本专利技术的目的是提供一种富氢溶剂中PET塑料原位加氢制备对二甲苯的方法，包括以下步骤：
[0006](1)将糖类、三聚氰胺、金属盐置于去离子水中，搅拌均匀后，得到催化剂前驱体溶液，催化剂前驱体溶液中，以糖类质量为基准，金属盐中金属的摩尔浓度为2
‑
8mmol/g，糖类和三聚氰胺的质量比为1
‑
5:1，所述的金属盐中的金属由铜和过渡金属组成，所述的过渡金属选自铈(Ce)、锌(Zn)、镍(Ni)和钴(Co)中的一种，将催化剂前驱体溶液转移至反应容器中，进行水热反应，水热反应结束后降至室温，将水热反应得到的固体经水洗、干燥和研磨后滴加少量去离子水并进行微波处理，随后将前驱体再次研磨，并在氩气气氛中煅烧，冷却
至室温，得到碳包覆双金属催化剂aM@CxN
‑
P/T，a代表加入的金属盐摩尔量，M代表金属类型，x代表糖类种类，P代表微波功率，T代表煅烧温度；
[0007](2)在反应容器中先加入富氢溶剂，随后加入PET塑料与步骤(1)中制得的碳包覆双金属催化剂，对反应容器进行排空，在氮气气氛下，升至预设温度进行搅拌反应，自然冷却后收集液相产物并进行检测，得到目标产物对二甲苯。反应容器排空的步骤为：通入1MPa氮气后缓慢排出，重复三次后通入1MPa氮气并关闭排气阀。
[0008]本专利技术提出的甲醇、乙二醇、1,4
‑
二氧六环等富氢溶剂可以在反应体系中通过重整原位提供PET还原所需的氢气，是一种更加安全与经济的解决方案。同时采用碳包覆双金属催化剂，在富氢溶剂中实现PET的解聚与原位加氢的耦合，获得高纯度与高产率的对二甲苯。
[0009]优选地，步骤(1)所述的糖类选自蔗糖、麦芽糖、乳糖、和海藻糖中的一种，分别用C
s
，C
m
，C
l
，C
t
表示。
[0010]优选地，步骤(1)所述的铜和过渡金属的摩尔比为1:1
‑
4:1。
[0011]优选地，步骤(1)所述的催化剂前驱体溶液中金属的摩尔浓度为5mmol/g(以糖类质量为基准)，糖类和三聚氰胺的质量比为2:1。
[0012]进一步优选，步骤(1)所述的金属盐为金属的硝酸盐、氯化盐、硫酸盐或乙酸盐。
[0013]优选地，步骤(1)所述的水热反应条件为：以1.5
‑
2.5℃/min的升温速率升温至140℃
‑
160℃反应6
‑
24h。水热反应为翻转水热反应，翻转速率为20
‑
80rpm。进一步优选，水热反应条件为：以2℃/min升温至150℃进行翻转水热反应12h，翻转速率为50rpm。
[0014]优选地，步骤(1)所述的煅烧条件为：煅烧温度400℃
‑
700℃，煅烧时间2
‑
8h。进一步优选，煅烧温度为550℃，煅烧时间为4h。
[0015]优选地，步骤(1)所述的微波条件为：微波功率0.5
‑
1kW，微波时间0.5
‑
2min。进一步优选，微波时间为1min。
[0016]优选地，步骤(2)所述的富氢溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇、1,4
‑
二氧六环、四氢呋喃和环己烷中的一种。
[0017]优选地，步骤(2)所述的PET塑料与富氢溶剂的质量体积比为0.1:10
‑
30g/mL，催化剂与PET塑料的质量比为0.5
‑
2:1。进一步优选，PET塑料与富氢溶剂的质量体积比为0.1:20g/mL，催化剂与PET塑料的质量比为1:1。
[0018]优选地，步骤(2)所述的反应温度为150℃
‑
260℃，反应搅拌速率为400
‑
800rpm，反应时间为1
‑
6h。
[0019]本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：
[0020]1)本专利技术采用价格较低的糖类作为原料制备碳包覆催化剂，经济性好，且制备过程无污染物排放。此外，包覆方式在增加金属活性位点暴露机会的同时，也能有效防止催化剂失活，具有良好的重用性，三聚氰胺的引入也为催化剂增加了额外的含氮官能团，进一步提高了催化活性；
[0021]2)本专利技术采用富氢溶剂代替H2作为还原剂，使得反应体系更加安全。富氢溶剂同时起到促进原料分散与重整供氢的作用，提高了反应效率；
[0022]3)本专利技术为废旧PET这一典型有机固体废弃物的回收升级提供了一种资源化、无害化的处置方式，实现了资源的循环利用，显著降低了传统回收方式产生的大量碳排放。
[0023]总之，本专利技术提出了一种以碳包覆双金属催化剂催化废旧PET制备对二甲苯的高效转化方案，以廉价糖本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种富氢溶剂中PET塑料原位加氢制备对二甲苯的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将糖类、三聚氰胺、金属盐置于去离子水中，搅拌均匀后，得到催化剂前驱体溶液，催化剂前驱体溶液中，以糖类质量为基准，金属盐中金属的摩尔浓度为2
‑
8mmol/g，糖类和三聚氰胺的质量比为1
‑
5:1，所述的金属盐中的金属由铜和过渡金属组成，所述的过渡金属选自铈、锌、镍和钴中的一种，将催化剂前驱体溶液转移至反应容器中，进行水热反应，水热反应结束后降至室温，将水热反应得到的固体经水洗、干燥和研磨后进行微波处理，在氩气气氛中煅烧，冷却至室温，得到碳包覆双金属催化剂aM@CxN
‑
P/T，a代表加入的金属盐摩尔量，M代表金属类型，x代表糖类种类，P代表微波功率，T代表煅烧温度；(2)在反应容器中先加入富氢溶剂，随后加入PET塑料与步骤(1)中制得的碳包覆双金属催化剂，在氮气气氛下，升至预设温度进行搅拌反应，自然冷却后收集液相产物并进行检测，得到目标产物对二甲苯。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述的糖类选自蔗糖、麦芽糖、乳糖、和海藻糖中的一种。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述的铜和过渡金属的摩尔比为1:1
‑
4:1。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述的催化剂前驱体溶液中金属的摩尔浓度为0.2mol/...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁浩然，刘慧宇，张军，单锐，陈勇，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：