專利快訊｜北京工業大學：一種電催化廢塑膠為甲酸鉀和對苯二甲酸鉀耦合產氫的方法
◾來源：有解塑料觀察
CN115747840A
一種電催化廢塑膠為甲酸鉀和對苯二甲酸鉀耦合產氫的方法
申請人：北京工業大學
首次申請日：2023-03-07
專利摘要
本發明公開了一種電催化廢塑膠為甲酸鉀和對苯二甲酸鉀耦合產氫的方法。包括以下步驟：廢塑膠通過一定處理手段溶解到鹼性溶液中，採用三電極體系，將溶解有廢塑膠的堿液作為電解液，在H型電解槽進行電催化氧化；三電極體系由工作電極、對電極、參比電極，電解液共同構成電催化反應裝置；在恒電壓下反應過程中，即可在陰極收集到氫氣，在陽極獲得甲酸鉀和對苯二甲酸鉀。本發明生產過程清潔無污染，同時將廢塑膠轉化的高附加值化學品甲酸鉀和對苯二甲酸鉀可進一步作為工業原料，所產生的清潔氣體氫氣又可作為能源加以利用，具有廣泛的應用前景。
背景技術
塑膠因具有良好使用性能、易成型加工及低成本等突出優勢，被廣泛應用於國民經濟與日常生活的各個方面，是不可或缺的重要基礎材料。塑膠大規模生產和使用方便了人們的日常生活，但也造成了大量的塑膠廢棄物，不僅造成白色污染還導致生態環境風險逐年累積，嚴重威脅水土安全和人類身體健康。同時，石油基合成塑膠製品如不能獲得有效回收和迴圈利用，也是石油資源的一種巨大浪費。
聚酯是全球產量第二大(中國產量第一大)熱塑性高分子材料，特別是聚對苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate，簡稱PET)由於其優良的物理機械性能、電絕緣性、耐疲勞性、耐摩擦性和尺寸穩定性等突出優點，是合成滌綸的主要原料，約占合成纖維總量80％以上；同時PET具有無味、無嗅、無毒，可直接接觸食品級產品等特點，被廣泛用於食品、餐飲等各類包裝製品。現階段大部分PET塑膠製品為一次性消費品，其廢棄後在自然條件下難以降解，其迴圈利用主要通過物理再生、化學迴圈兩種方式實現。其中：物理再生由於熱和機械加工的雙重作用，再生產品分子量不可避免的降低，多為降級利用難以進行多次迴圈回收，且亦不適合組成複雜的廢舊纖維處理。化學迴圈是指特定化學或生化條件下，將廢PET塑膠長分子鏈解聚成單體或裂解成小分子有機物，後經產物純化或裂解油氣精煉制得原材料等升級產品。化學迴圈在理論上有望實現廢塑膠“閉合”迴圈，近年來持續受到科技界、產業界的廣泛關注
PET的化學式為(C10H8O4)n，在鹼性條件下，PET塑膠可經化學水解生成對苯二甲酸(PTA)和乙二醇(EG)，但存在生成產物難以分離等難題。近年來，利用光、電等特定化學條件，在催化劑的作用下，將EG催化升級為甲酸等高值、易於分離的化學品，成為一種極具發展前景的PET高值迴圈利用途徑。例如，文獻(Photoreforming of Nonrecyclable PlasticWaste over a Carbon Nitride/Nickel Phosphide Catalyst)報導了PET塑膠通過光催化轉化為有價值的甲酸鹽和乙酸鹽。儘管方法完善，但該工藝仍然存在空間生產率低和對單一高價值氧化產物選擇性差的問題。
電催化可以由可再生能源(太陽能、風能和水力)驅動，在溫和的條件下，陰極產生清潔氫氣，陽極的有機化合物則被高效、高選擇性的氧化升級為高值含氧化學品，如甲酸鉀、乙酸、2,5-呋喃羧酸等羰基化合物。然而，利用電催化手段，將廢PET升級轉化為高值化學品卻鮮有報導。
發明內容
針對以上現有技術存在的缺點和不足之處，本發明的目的是為了克服目前廢塑膠垃圾的回收效率低、選擇性差、成本高、降級使用等突出問題。廢塑膠經鹼性溶液水解後，生成對苯二甲酸鹽和乙二醇，其中乙二醇在電解過程中進一步被催化氧化成甲酸鹽。本發明提供一種將廢塑膠電催化氧化為甲酸鉀和對苯二甲酸鉀的方法,工藝過程具有綠色環保、生產工藝簡單、催化劑成本低、反應效率高、產物純度高和易於分離等優點。
與現有的技術相比，本發明的優點包括：
(1)本發明將廢塑膠用電催化的方法催化氧化為甲酸鉀和對苯二甲酸鉀並耦合產氫，產生高價值化工產品的同時，降低水裂解產氫的電壓，比其他方法具有更大的經濟效益，更適合產業化和大規模推廣。
(2)本發明在常溫、常壓即可進行，產物選擇性、轉化率高，產物無需複雜的分離提純過程，通過簡單的方法即可獲得大批量的甲酸鉀和對苯二甲酸鉀，適於工業化實施，具有廣泛的應用前景。
（資料來源：智慧芽）
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