CN108998057A - 一种废弃香烟过滤嘴微波辅助解聚联产富酯热解油和活性炭的方法 - Google Patents

一种废弃香烟过滤嘴微波辅助解聚联产富酯热解油和活性炭的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种废弃香烟过滤嘴微波辅助解聚联产富酯热解油和活性炭的方法，将废弃香烟过滤嘴置于微波反应器中，预先通入氮气以排出反应体系中的空气；然后将氮气通过装有甲醇的容器，将携带甲醇的氮气通入反应体系，通过多级反应将废弃香烟过滤嘴高效转化为高附加值的富酯热解油和活性炭。本发明促进废弃香烟过滤嘴高效减量化、无害化、资源化转化高附加值利用，实现了废弃香烟过滤嘴的变废为宝。

Description

一种废弃香烟过滤嘴微波辅助解聚联产富酯热解油和活性炭 的方法
技术领域
本发明属于废弃物资源化利用领域，具体涉及一种废弃香烟过滤嘴微波辅助解聚联产富酯热解油和活性炭的方法。
背景技术
全球每年生产的香烟超六万亿支，每年会产生超过120万吨的废弃香烟过滤嘴(烟头)垃圾。并且随着全世界吸烟人数的快速增长，烟头废弃物的数量急剧增加。烟头体积虽小，但对环境构成的危害却非同小可。香烟过滤嘴会吸收四千多种卷烟化学成分，当中包括焦油、一氧化碳等有害物质，并且用来制造过滤嘴的醋酸纤维素本身是塑胶原料，很难被大自然分解。在国家大力倡导“烟头不落地”下，合理有效地处理和利用废弃烟头资源变得尤为必要。
目前我国的烟草废弃物综合利用研究还相对滞后，废弃烟头物质回收再利用重视程度不高。目前对烟头的处理方法一般是作为垃圾焚烧和掩埋，但是传统的焚烧和掩埋不仅造成了严重的环境问题，也浪费了烟头中的高值可利用资源，因此这种传统处理方法已不能够满足日益苛刻的环保要求。目前有研究尝试用传统蒸馏等方法从烟头中提取烟碱、茄尼醇等物质，但是存在利用附加值低，成本高昂等问题。因此，寻求废弃物资源的高效转化和高值化利用途径尤为关键。
发明内容
本发明的目的在于提供一种废弃香烟过滤嘴微波辅助解聚联产富酯热解油和活性炭的方法，用于解决目前废弃香烟过滤嘴污染环境以及无法有效利用等问题，本发明采用微波辅助解聚的方法促进了废弃香烟过滤嘴高效转化为主产物-富含高价值酯类的热解油以及副产物-高比表面积的活性炭，促进废弃香烟过滤嘴高效减量化、无害化、资源化转化高附加值利用，实现了废弃香烟过滤嘴的变废为宝。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种废弃香烟过滤嘴微波辅助解聚联产富酯热解油和活性炭的方法，包括以下步骤：
步骤一：将废弃香烟过滤嘴置于微波反应器中，预先通入氮气以排出反应体系中的空气；然后将氮气通过装有甲醇的容器，将携带甲醇的氮气通入反应体系，且每毫升氮气中携带甲醇的质量为0.1～1mg；
步骤二：在保证携带甲醇的氮气通入的情况下，开启微波反应器，微波功率为100～150W，升温至120～180℃，保温1～5分钟；
步骤三：调节微波功率600～800W，升温至250～350℃，保温0.5～2分钟，生成的一次热裂解蒸气在0～5℃条件下冷凝收集，得到一次热解油；
步骤四：调节微波功率1000～1500W，升温至550～600℃，保温5～15分钟，生成的二次热裂解蒸气在-35～-20℃条件下冷凝收集，得到二次热解油；
步骤五：调节微波功率200～400W，并调节每毫升氮气中携带甲醇的质量降低为0.02～0.1mg，升温至650～800℃，保温30～120分钟后，反应结束，关闭微波反应器，待温度降至150℃以下时，停止通入携带甲醇的氮气，剩余的固体产物为活性炭。
进一步地，步骤一中每克废弃香烟过滤嘴对应的氮气流量为5～20mL/min。
进一步地，步骤一中氮气通入时间为5-10分钟。
进一步地，步骤一中将氮气通过装有甲醇的孟氏洗气瓶使氮气携带甲醇。
进一步地，步骤一中携带甲醇的氮气通入反应体系的时间为1～3分钟。
进一步地，所述微波反应器的微波频率为2.45GHz。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
1.本发明通过控制微波辅助解聚工艺，通过多级反应将废弃香烟过滤嘴高效转化为高附加值的富酯热解油和活性炭。通过在反应体系中加入反应气-甲醇，一方面利用甲醇能够很好地吸收微波能量转化为自由基的特性，形成“高活性自由基位点”促进废弃香烟过滤嘴中主要组分-醋酸纤维高效解聚，并与解聚产物羧酸类发生酯化反应生成酯类化合物，另一方面甲醇可以作为体系溶剂将反应产物迅速携带出并冷凝，甲醇以溶剂形式进入热解油中，有效防止了解聚产物粘附于反应管壁的问题。
2.本发明通过控制微波功率，在250～350℃处反应收集到一次热解油，一次热解油主要为富含醋酸甲酯的液体产物；在550～600℃处反应收集到二次热解油，二次热解油主要为富含其他高沸点酯类化合物的液体产物；通过工艺控制很好的实现了酯类化合物的富集，并通过简单的工艺控制在反应过程中将价值很高的醋酸甲酯分离出来。
3.本发明利用甲醇与炭高温反应的特性，在650～800℃条件下将剩余残炭进行表面高温刻蚀，从而获得了高比表面积的副产物-活性炭，大大提高了废弃香烟过滤嘴高值化利用的技术经济性。
4.本发明通过微波辅助解聚手段将废弃的香烟过滤嘴转化为高价值的富酯热解油和活性炭，通过对烟头进行“资源化”利用，不仅可减少烟头废弃物对环境造成的污染，实现循环绿色经济、改善人类生活环境，还可以为变废为宝和实现可持续发展做贡献。
具体实施方式
下面对本发明的实施方式做进一步详细描述：
一种废弃香烟过滤嘴微波辅助解聚联产富酯热解油和活性炭的方法，包括以下步骤：
1.将废弃香烟过滤嘴无需处理直接置于微波反应器中，预先通入氮气5-10分钟以排出反应体系中的空气；然后将氮气通过装有甲醇的孟氏洗气瓶，将携带甲醇的氮气通入反应体系1～3分钟。每克废弃香烟过滤嘴对应的氮气流量为5～20mL/min；每毫升氮气中携带甲醇的量为0.1～1mg。
2.在保证携带甲醇的氮气通入的情况下，开启微波反应器，微波频率为2.45GHz，微波功率为100～150W，升温至120～180℃，保温1～5分钟；
3.调节微波功率600～800W，升温至250～350℃，保温0.5～2分钟，生成的一次热裂解蒸气在0～5℃条件下冷凝收集，冷凝后的液体为一次热解油；
4.调节微波功率1000～1500W，升温至550～600℃，保温5～15分钟，生成的二次热裂解蒸气在-35～-20℃条件下冷凝收集，冷凝后的液体为二次热解油；
5.调节微波功率200～400W，并调节每毫升氮气中携带甲醇的量降低为0.02～0.1mg，升温至650～800℃，保温30～120分钟后，反应结束，关闭微波反应器，待温度降至150℃以下时，停止通入携带甲醇的氮气，剩余的固体产物为活性炭。
下面结合实施例对本发明做进一步详细描述：
实施例1
将10g废弃香烟过滤嘴置于微波反应器中，预先通入流量为50mL/min的氮气10分钟，然后将氮气通过装有甲醇的孟氏洗气瓶，将携带甲醇的氮气通入反应体系3分钟，甲醇携带量为5mg/min。然后开启微波反应器，微波频率为2.45GHz，微波功率为100W，升温至120℃，保温1分钟；然后调节微波功率600W，升温至250℃，保温30秒，生成的一次热裂解蒸气在0℃条件下收集获得一次热解油。继续增大微波功率1000W，升温至550℃，保温5分钟，生成的二次热裂解蒸气在-35℃条件下收集获得二次热解油；降低微波功率为200W，降低氮气中甲醇的携带量为1mg/min，升温至650℃，保温30分钟后，关闭微波反应器，待温度降至150℃以下时，停止通入携带甲醇的氮气，剩余的固体产物为活性炭。一次热解油中成分(除去甲醇)主要为醋酸甲酯，相对含量为85.3％；二次热解油(除去甲醇)中酯类化合物相对含量为38.28％，具体成分见表1；活性炭产率为8.6％，比表面积为1445m2/g。
实施例2
将10g废弃香烟过滤嘴置于微波反应器中，预先通入流量为200mL/min的氮气5分钟，然后将氮气通过装有甲醇的孟氏洗气瓶，将携带甲醇的氮气通入反应体系1分钟，甲醇携带量为200mg/min。然后开启微波反应器，微波频率为2.45GHz，微波功率为150W，升温至180℃，保温5分钟；然后调节微波功率800W，升温至350℃，保温2分钟，生成的一次热裂解蒸气在5℃条件下收集获得一次热解油。继续增大微波功率1500W，升温至600℃，保温15分钟，生成的二次热裂解蒸气在-20℃条件下收集获得二次热解油；降低微波功率为400W，降低氮气中甲醇的携带量为20mg/min，升温至800℃，保温120分钟后，关闭微波反应器，待温度降至150℃以下时，停止通入携带甲醇的氮气，剩余的固体产物为活性炭。一次热解油中成分(除去甲醇)主要为醋酸甲酯，相对含量为89.6％；二次热解油(除去甲醇)中酯类化合物相对含量为38.93％，具体成分见表1；活性炭产率为7.2％，比表面积为2145m2/g。
实施例3
将10g废弃香烟过滤嘴置于微波反应器中，预先通入流量为100mL/min的氮气8分钟，然后将氮气通过装有甲醇的孟氏洗气瓶，将携带甲醇的氮气通入反应体系2分钟，甲醇携带量为50mg/min。然后开启微波反应器，微波频率为2.45GHz，微波功率为120W，升温至150℃，保温3分钟；然后调节微波功率700W，升温至300℃，保温1分钟，生成的一次热裂解蒸气在2℃条件下收集获得一次热解油。继续增大微波功率1300W，升温至580℃，保温10分钟，生成的二次热裂解蒸气在-25℃条件下收集获得二次热解油；降低微波功率为300W，降低氮气中甲醇的携带量为5mg/min，升温至700℃，保温60分钟后，关闭微波反应器，待温度降至150℃以下时，停止通入携带甲醇的氮气，剩余的固体产物为活性炭。一次热解油中成分(除去甲醇)主要为醋酸甲酯，相对含量为82.2％；二次热解油(除去甲醇)中酯类化合物相对含量为34.11％，具体成分见表1；活性炭产率为8.1％，比表面积为1869m2/g。
表1二次热解油主要酯类成分

Claims (6)

1.一种废弃香烟过滤嘴微波辅助解聚联产富酯热解油和活性炭的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将废弃香烟过滤嘴置于微波反应器中，预先通入氮气以排出反应体系中的空气；然后将氮气通过装有甲醇的容器，将携带甲醇的氮气通入反应体系，且每毫升氮气中携带甲醇的质量为0.1～1mg；
步骤二：在保证携带甲醇的氮气通入的情况下，开启微波反应器，微波功率为100～150W，升温至120～180℃，保温1～5分钟；
步骤三：调节微波功率600～800W，升温至250～350℃，保温0.5～2分钟，生成的一次热裂解蒸气在0～5℃条件下冷凝收集，得到一次热解油；
步骤四：调节微波功率1000～1500W，升温至550～600℃，保温5～15分钟，生成的二次热裂解蒸气在-35～-20℃条件下冷凝收集，得到二次热解油；
步骤五：调节微波功率200～400W，并调节每毫升氮气中携带甲醇的质量降低为0.02～0.1mg，升温至650～800℃，保温30～120分钟后，反应结束，关闭微波反应器，待温度降至150℃以下时，停止通入携带甲醇的氮气，剩余的固体产物为活性炭。
2.根据权利要求1所述的一种废弃香烟过滤嘴微波辅助解聚联产富酯热解油和活性炭的方法，其特征在于，步骤一中每克废弃香烟过滤嘴对应的氮气流量为5～20mL/min。
3.根据权利要求1所述的一种废弃香烟过滤嘴微波辅助解聚联产富酯热解油和活性炭的方法，其特征在于，步骤一中氮气通入时间为5-10分钟。
4.根据权利要求1所述的一种废弃香烟过滤嘴微波辅助解聚联产富酯热解油和活性炭的方法，其特征在于，步骤一中将氮气通过装有甲醇的孟氏洗气瓶使氮气携带甲醇。
5.根据权利要求1所述的一种废弃香烟过滤嘴微波辅助解聚联产富酯热解油和活性炭的方法，其特征在于，步骤一中携带甲醇的氮气通入反应体系的时间为1～3分钟。
6.根据权利要求1所述的一种废弃香烟过滤嘴微波辅助解聚联产富酯热解油和活性炭的方法，其特征在于，所述微波反应器的微波频率为2.45GHz。
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