[发明专利]一种利用生物质促进废弃聚酯低温碳化的方法

说明书

本发明涉及一种利用生物质促进废弃聚酯低温碳化的方法，属于聚合物碳化技术领域。将聚酯与生物质材料充分混匀，得到混合物；将该混合物在200℃‑400℃条件下加热10min‑60min，得到碳材料；所述加热的升温速率为3℃/min‑30℃/min；所述生物质材料在加热过程中生成的含有羟基的中间降解产物与聚酯降解过程中生成的羧酸产物发生酯化反应，以抑制聚酯挥发产物的生成和促进聚酯的交联，从而提高碳材料产率。本发明使用廉价易得的生物质在较低温度下促进聚酯碳化，有效解决了聚酯碳化温度高、碳化反应条件苛刻、碳化过程复杂、碳化产物产率较低等问题，提高了碳化过程中聚酯的利用率，方法简单有效，在废弃塑料回收利用技术领域有较大的应用潜力。

技术领域

本发明属于聚合物碳化技术领域，具体涉及一种利用生物质促进废弃聚酯低温碳化的方法。

背景技术

塑料制品在大规模生产使用的同时，不可避免地产生大量废弃塑料，从而带来严重的环境问题。且塑料具有良好的化学稳定性，其在自然条件下降解速度非常慢，一般需要上百年的时间。所以，废弃塑料的回收、处理和利用已成为制约国民经济可持续发展的急需解决的难点问题。一般的废塑料处理方法有填埋、焚烧和化学回收。其中，填埋法虽然简单，但是也存在很大弊端，比如大量占用土地、污染环境、经济投入大等。焚烧法虽然可以达到废弃塑料回收利用的目的，但是在焚烧过程中会产生大量有害气体，极易对大气造成严重污染，危害人类健康。化学回收的方法，即通过热裂解、催化分解等化学手段将废弃塑料转化为化工产品。虽然该种方法能够起到回收作用并且产生一定的经济效益，但是得到产品的副产物多，且附加值不高、难以分离纯化和应用。

聚酯作为生活中常见的塑料，大量应用于产品包装，如饮料瓶等。聚酯中碳元素含量通常较高，回收方便且极其廉价易得。因此，将废弃聚酯转化成高附加值的碳材料则为废弃聚酯的回收再利用提供了新方法。Wei等采用超临界CO₂技术在高压反应釜中650℃下反应5h将废弃聚酯转化成碳球(Converting poly(ethylene terephthalate)waste intocarbon microspheres in a supercritical CO₂ system.Environmental ScienceTechnology 2011,45,534)；该方法的缺点是高温高压不利于连续生产。Wen等采用有机改性蒙脱土作为模板，在700℃下将聚酯碳化制备碳纳米薄片(Porous carbon nanosheetwith high surface area derived from waste poly(ethylene terephthalate)forsupercapacitor applications.Journal of Applied Polymer Science 2020,137,48338)；该方法的缺点是高温碳化过程的能耗高，其次使用大量的蒙脱土作为模板就不得不使用具有很强性腐蚀性的HF提纯碳化产物，工艺繁琐且制备成本高。之前所有的文献都是通过高温催化聚酯分解，然后再利用降解产物碳化制备碳材料，因此反应温度普遍高(一般高于550℃)、能耗大、产率低，严重阻碍着聚酯回收碳化的进一步发展和应用。实际上，聚酯在成碳的过程中，主要通过热解生成的乙烯基端大分子链和芳香环自由基大分子链进行交联，从而形成碳材料骨架。因此促进聚酯降解产物交联是一种新的碳化方法，比如最近Zhang等采用熔融盐ZnCl₂/NaCl促进PET在550℃下碳化(Molten salts promoting the“controlled carbonization”of waste polyesters into hierarchically porouscarbon for high-performance solar steam evaporation.Journal of MaterialsChemistry A 2019,7,22912)，但是熔融盐的大量使用以及去除势必增加成本。所以，开发一种促进聚酯低温高效的碳化方法，对于将大规模废弃聚酯的回收再利用具有重要的经济和社会效益。相关的研究也势必为生产生活带来益处，也有利于资源更好的开发与利用。

发明内容