CN111481871A - 一种塑料垃圾降解处理剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种塑料垃圾降解处理剂及其制备方法，属于塑料垃圾处理技术领域。本发明首先以多羟基的纳米纤维素为原料，将其和硅酸钠混合，加入盐酸后反应过滤得到滤渣，再将滤渣高温反应得到降解剂基体，接着将贻贝粘蛋白液和降解剂基体混合后，在碱性条件下加儿茶酚氧化酶反应，得到改性降解剂基体，最后将改性降解剂基体和氯化铁以及煤粉混合反应后过滤，干燥，得到塑料垃圾降解处理剂，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种塑料垃圾降解处理剂及其制备方法，属于塑料垃圾处理技术领域。
背景技术
目前，世界塑料总产量已超过1.5亿吨，并已和钢铁、木材、水泥并列成为四大支柱材料。但随着塑料用量的与日俱增，废弃塑料所造成的白色污染已成为世界性公害。全球“白色污染”问题日益突出。这些废弃物在自然环境或垃圾场中难降解、腐烂，而且量大、分散、回收困难、污染严重。目前，国外对塑料废弃物的处理一般采用填埋、焚烧和回收再用三种方法，但是，填埋处理对有限的土地资源有长期危害，焚烧处理会产生大量的有害气体，而采用回收再利用法不仅需对塑料进行收集和分检，而且经济上也不合算，一时难于推广，为了解决塑料废弃物的处理问题，降解塑料产品以其理想的环境适应性受到人们的广泛重视。
有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种塑料垃圾降解处理剂及其制备方法，使其更具有产业上的利用价值。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种塑料垃圾降解处理剂及其制备方法。
本发明的一种塑料垃圾降解处理剂，是由改性降解剂基体和功能悬浮液混合反应制成，
所述功能悬浮液是由氯化铁和煤粉以及去离子水制成；
所述改性降解剂基体是由降解剂基体和贻贝粘蛋白、氯化钠溶液、氢氧化钠溶液、儿茶酚氧化酶混合反应制成；
所述降解剂基体是由纳米纤维素和去离子水、硅酸钠、盐酸混合反应制成。
一种塑料垃圾降解处理剂的制备方法，具体制备步骤为：
(1)滤渣的制备：将纳米纤维素和去离子水和硅酸钠混合后，用盐酸调节pH，搅拌反应后过滤得到滤渣；
(2)降解剂基体的制备：将上述得到滤渣和去离子水混合后搅拌反应并过滤得到滤饼，烘干即得降解剂基体；
(3)混合物的制备：将贻贝粘蛋白和氯化钠溶液以及上述得到的降解剂基体混合得到混合物；
(4)改性降解剂基体的制备：用氢氧化钠溶液调节上述混合物的pH值，再加入儿茶酚氧化酶，反应、过滤，得到改性降解剂基体；
(5)塑料垃圾降解处理剂的制备：将氯化铁和煤粉以及去离子水混合，得到功能悬浮液，再将上述改性降解剂基体和功能悬浮液混合后，反应，烘干，即得塑料垃圾降解处理剂。
进一步的，具体制备步骤为：
(1)滤渣的制备：将纳米纤维素和去离子水混合后得到纳米纤维素悬浮液，再将纳米纤维素悬浮液和硅酸钠混合得到混合液，用盐酸调节混合液pH，搅拌反应后过滤分离得到滤渣；
(2)降解剂基体的制备：将上述得到滤渣和去离子水混合后放入高温反应釜中，加热升温，搅拌反应后过滤分离得到滤饼，烘干即得降解剂基体；
(3)混合物的制备：将贻贝粘蛋白和氯化钠溶液混合得到贻贝粘蛋白液，将上述得到的降解剂基体和贻贝粘蛋白液混合得到混合物；
(4)改性降解剂基体的制备：将上述得到的混合物移入反应釜中，向反应釜中滴加氢氧化钠溶液调节pH，再向反应釜中加入儿茶酚氧化酶，搅拌反应后过滤，分离得到反应滤渣，即为改性降解剂基体；
(5)塑料垃圾降解处理剂的制备：将氯化铁和煤粉以及去离子水混合后搅拌，得到功能悬浮液，再将上述改性降解剂基体和功能悬浮液混合后，放入超声振荡仪中，超声振荡反应，反应结束后过滤，分离得到反应滤饼，放入烘箱烘干后出料，即得塑料垃圾降解处理剂。
进一步的，具体制备步骤为：
(1)将纳米纤维素和去离子水按质量比为1:10混合后得到纳米纤维素悬浮液，再将纳米纤维素悬浮液和硅酸钠按质量比为10:3混合得到混合液，用浓度为1mol/L盐酸调节混合液pH至4～5后，搅拌反应2～3h后过滤分离得到滤渣；
(2)将上述得到滤渣和去离子水按质量比为1:5混合后放入高温反应釜中，加热升温至250～350℃，搅拌反应1～2h后过滤分离得到滤饼，烘干即得降解剂基体；
(3)按质量比为1:8将贻贝粘蛋白和质量分数为0.9％的氯化钠溶液混合得到贻贝粘蛋白液，将上述得到的降解剂基体和贻贝粘蛋白液按质量比为1:10混合得到混合物；
(4)将上述得到的混合物移入反应釜中，向反应釜中滴加浓度为0.5mol/L氢氧化钠溶液调节pH至8～9，再向反应釜中加入混合物质量5％的儿茶酚氧化酶，搅拌反应2～3h后过滤，分离得到反应滤渣，即为改性降解剂基体；
(5)将氯化铁和煤粉以及去离子水按质量比为1:1:20混合后搅拌20～30min，得到功能悬浮液，再将上述改性降解剂基体和功能悬浮液按质量比为1:8混合后，放入超声振荡仪中，以35～40kHz的频率超声振荡反应30～40min，反应结束后过滤，分离得到反应滤饼，放入烘箱烘干后出料，即得塑料垃圾降解处理剂。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
(1)本发明首先以多羟基的纳米纤维素为原料，将其和硅酸钠混合，加入盐酸后反应过滤得到滤渣，再将滤渣高温反应得到降解剂基体，接着将贻贝粘蛋白液和降解剂基体混合后，在碱性条件下加儿茶酚氧化酶反应，得到改性降解剂基体，最后将改性降解剂基体和氯化铁以及煤粉混合反应后过滤，干燥，得到塑料垃圾降解处理剂，本发明首先利用硅酸钠和盐酸反应生成原硅酸沉淀，产生的沉淀物被纳米纤维素表面的羟基吸附固着，再在高温下将原硅酸受热分解产生纳米二氧化硅，从而得到表面固着纳米二氧化硅的纳米纤维素载体，接着将其和贻贝粘蛋白溶液混合浸渍，在碱性条件下利用贻贝粘蛋白肽链片段中多巴基团的酚羟基通过儿茶酚氧化酶的催化作用氧化成醌，氧化的多巴基团和未被氧化的多巴基团交联，形成具有粘性并且具有螯合性的高分子聚合物膜层吸附在基体表面，得到改性基体，最终利用改性基体表面的聚合物膜层螯合铁离子并粘附煤粉颗粒，最终制得塑料垃圾降解处理剂，由于煤是一种以大分子芳香片层结构为主体，若干个结构相同，但不完全相同的基本结构单元通过桥键连结而成，内部有一些低分子化合物，外围边缘地区连着一些弱键和一些含氧官能团如：羟基和酚羟基。这些弱键和含氧官能团在受热或强辐射如紫外线照射下，很容易离解出自由基，另外在有氧参与下，煤又可以与氧反应，分别生成过氧化物和过氧自由基，进一步分解生成氧化自由基，从而引发添加的聚合物降解，初步实现塑料垃圾的降解；
(2)此外，本发明塑料垃圾降解处理剂表面络合形成的铁离子络合物是一种光敏物质，容易被光激活吸收光能，转变为具有高能量的激发态，再将激发态的额外能量传递给周围的聚合物高分子，从而增大聚合物高分子光降解速率，从而使塑料垃圾在一定时间内被老化降解，进一步提高降解性能，而降解剂基体是由纳米纤维素和纳米二氧化硅组成，纳米二氧化硅本身光催化降解性极佳，用气包覆纳米纤维素，两者分子间会发生协同效应和光敏作用，可以提高纳米二氧化硅的光催化活性，同时纳米纤维素作为电子的受体，容易接收二氧化硅产生的光生电子，从而有效地抑制光生电子与空穴的复合，提高了羟基自由基的浓度，加速光催化降解的进行，再一次提高了塑料垃圾的降解效果，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
将纳米纤维素和去离子水按质量比为1:10混合后得到纳米纤维素悬浮液，再将纳米纤维素悬浮液和硅酸钠按质量比为10:3混合得到混合液，用浓度为1mol/L盐酸调节混合液pH至4～5后，搅拌反应2～3h后过滤分离得到滤渣；将上述得到滤渣和去离子水按质量比为1:5混合后放入高温反应釜中，加热升温至250～350℃，搅拌反应1～2h后过滤分离得到滤饼，烘干即得降解剂基体；按质量比为1:8将贻贝粘蛋白和质量分数为0.9％的氯化钠溶液混合得到贻贝粘蛋白液，将上述得到的降解剂基体和贻贝粘蛋白液按质量比为1:10混合得到混合物；将上述得到的混合物移入反应釜中，向反应釜中滴加浓度为0.5mol/L氢氧化钠溶液调节pH至8～9，再向反应釜中加入混合物质量5％的儿茶酚氧化酶，搅拌反应2～3h后过滤，分离得到反应滤渣，即为改性降解剂基体；将氯化铁和煤粉以及去离子水按质量比为1:1:20混合后搅拌20～30min，得到功能悬浮液，再将上述改性降解剂基体和功能悬浮液按质量比为1:8混合后，放入超声振荡仪中，以35～40kHz的频率超声振荡反应30～40min，反应结束后过滤，分离得到反应滤饼，放入烘箱烘干后出料，即得塑料垃圾降解处理剂。
实例1
将纳米纤维素和去离子水按质量比为1:10混合后得到纳米纤维素悬浮液，再将纳米纤维素悬浮液和硅酸钠按质量比为10:3混合得到混合液，用浓度为1mol/L盐酸调节混合液pH至4后，搅拌反应2h后过滤分离得到滤渣；将上述得到滤渣和去离子水按质量比为1:5混合后放入高温反应釜中，加热升温至250℃，搅拌反应1h后过滤分离得到滤饼，烘干即得降解剂基体；按质量比为1:8将贻贝粘蛋白和质量分数为0.9％的氯化钠溶液混合得到贻贝粘蛋白液，将上述得到的降解剂基体和贻贝粘蛋白液按质量比为1:10混合得到混合物；将上述得到的混合物移入反应釜中，向反应釜中滴加浓度为0.5mol/L氢氧化钠溶液调节pH至8，再向反应釜中加入混合物质量5％的儿茶酚氧化酶，搅拌反应2h后过滤，分离得到反应滤渣，即为改性降解剂基体；将氯化铁和煤粉以及去离子水按质量比为1:1:20混合后搅拌20min，得到功能悬浮液，再将上述改性降解剂基体和功能悬浮液按质量比为1:8混合后，放入超声振荡仪中，以35kHz的频率超声振荡反应30min，反应结束后过滤，分离得到反应滤饼，放入烘箱烘干后出料，即得塑料垃圾降解处理剂。
实例2
将纳米纤维素和去离子水按质量比为1:10混合后得到纳米纤维素悬浮液，再将纳米纤维素悬浮液和硅酸钠按质量比为10:3混合得到混合液，用浓度为1mol/L盐酸调节混合液pH至5后，搅拌反应3h后过滤分离得到滤渣；将上述得到滤渣和去离子水按质量比为1:5混合后放入高温反应釜中，加热升温至300℃，搅拌反应2h后过滤分离得到滤饼，烘干即得降解剂基体；按质量比为1:8将贻贝粘蛋白和质量分数为0.9％的氯化钠溶液混合得到贻贝粘蛋白液，将上述得到的降解剂基体和贻贝粘蛋白液按质量比为1:10混合得到混合物；将上述得到的混合物移入反应釜中，向反应釜中滴加浓度为0.5mol/L氢氧化钠溶液调节pH至8，再向反应釜中加入混合物质量5％的儿茶酚氧化酶，搅拌反应3h后过滤，分离得到反应滤渣，即为改性降解剂基体；将氯化铁和煤粉以及去离子水按质量比为1:1:20混合后搅拌25min，得到功能悬浮液，再将上述改性降解剂基体和功能悬浮液按质量比为1:8混合后，放入超声振荡仪中，以38kHz的频率超声振荡反应35min，反应结束后过滤，分离得到反应滤饼，放入烘箱烘干后出料，即得塑料垃圾降解处理剂。
实例3
将纳米纤维素和去离子水按质量比为1:10混合后得到纳米纤维素悬浮液，再将纳米纤维素悬浮液和硅酸钠按质量比为10:3混合得到混合液，用浓度为1mol/L盐酸调节混合液pH至5后，搅拌反应3h后过滤分离得到滤渣；将上述得到滤渣和去离子水按质量比为1:5混合后放入高温反应釜中，加热升温至350℃，搅拌反应2h后过滤分离得到滤饼，烘干即得降解剂基体；按质量比为1:8将贻贝粘蛋白和质量分数为0.9％的氯化钠溶液混合得到贻贝粘蛋白液，将上述得到的降解剂基体和贻贝粘蛋白液按质量比为1:10混合得到混合物；将上述得到的混合物移入反应釜中，向反应釜中滴加浓度为0.5mol/L氢氧化钠溶液调节pH至9，再向反应釜中加入混合物质量5％的儿茶酚氧化酶，搅拌反应3h后过滤，分离得到反应滤渣，即为改性降解剂基体；将氯化铁和煤粉以及去离子水按质量比为1:1:20混合后搅拌30min，得到功能悬浮液，再将上述改性降解剂基体和功能悬浮液按质量比为1:8混合后，放入超声振荡仪中，以40kHz的频率超声振荡反应40min，反应结束后过滤，分离得到反应滤饼，放入烘箱烘干后出料，即得塑料垃圾降解处理剂。
对照例1：制备方法和本发明的实例1基本相同，唯有不同的是用普通的纳米二氧化硅代替本发明的降解剂基体；
对照例2：制备方法和本发明的实例1基本相同，唯有不同的是直接用降解剂基体代替本发明的改性降解剂基体；
对照例3：制备方法和本发明的实例1基本相同，唯有不同的是不在改性降解剂基体表面负载铁离子和煤粉；
分别对本发明实例1-3和对照例1-3中的塑料垃圾降解处理剂进行性能检测，检测结果如表1所示：
检测方法：
塑料垃圾降解率检测：将降解剂和塑料垃圾按质量比为1:10混合后记录混合物的总质量M1，再将混合物堆放在室温下的降解池中，分别在6、12月后称量剩余的混合物质量M2，最后根据公式塑料降解率(％)＝(M1-M2)/M1计算出塑料降解率。
表1性能检测结果
由上表中的检测数据可以看出，对照例1中由于用普通的纳米二氧化硅代替本发明的降解剂基体，没有将纳米纤维素和纳米二氧化硅协同作用，因此降解率明显降低，由此可见本发明纳米纤维素和纳米二氧化硅协同作用的确提高了塑料垃圾的降解率；
对照例2中由于直接用降解剂基体代替本发明的改性降解剂基体，没有利用贻贝粘蛋白对基体改性，因此后期无法良好吸附固着铁离子和煤粉，因此塑料降解率降低，由此可见，利用贻贝粘蛋白对基体改性也的确提高了塑料垃圾的降解率；
对照例3中由于不在改性降解剂基体表面负载铁离子和煤粉，因此塑料降解率显著降低，可见本发明添加的煤粉和铁离子的确提高了塑料垃圾的降解率，具有广阔的应用前景。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种塑料垃圾降解处理剂，是由改性降解剂基体和功能悬浮液混合反应制成，其特征在于：
所述功能悬浮液是由氯化铁和煤粉以及去离子水制成；
所述改性降解剂基体是由降解剂基体和贻贝粘蛋白、氯化钠溶液、氢氧化钠溶液、儿茶酚氧化酶混合反应制成；
所述降解剂基体是由纳米纤维素和去离子水、硅酸钠、盐酸混合反应制成。
2.一种塑料垃圾降解处理剂的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
(1)滤渣的制备：将纳米纤维素和去离子水和硅酸钠混合后，用盐酸调节pH，搅拌反应后过滤得到滤渣；
(2)降解剂基体的制备：将上述得到滤渣和去离子水混合后搅拌反应并过滤得到滤饼，烘干即得降解剂基体；
(3)混合物的制备：将贻贝粘蛋白和氯化钠溶液以及上述得到的降解剂基体混合得到混合物；
(4)改性降解剂基体的制备：用氢氧化钠溶液调节上述混合物的pH值，再加入儿茶酚氧化酶，反应、过滤，得到改性降解剂基体；
(5)塑料垃圾降解处理剂的制备：将氯化铁和煤粉以及去离子水混合，得到功能悬浮液，再将上述改性降解剂基体和功能悬浮液混合后，反应，烘干，即得塑料垃圾降解处理剂。
3.根据权利要求2所述的一种塑料垃圾降解处理剂的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
(1)滤渣的制备：将纳米纤维素和去离子水混合后得到纳米纤维素悬浮液，再将纳米纤维素悬浮液和硅酸钠混合得到混合液，用盐酸调节混合液pH，搅拌反应后过滤分离得到滤渣；
(2)降解剂基体的制备：将上述得到滤渣和去离子水混合后放入高温反应釜中，加热升温，搅拌反应后过滤分离得到滤饼，烘干即得降解剂基体；
(3)混合物的制备：将贻贝粘蛋白和氯化钠溶液混合得到贻贝粘蛋白液，将上述得到的降解剂基体和贻贝粘蛋白液混合得到混合物；
(4)改性降解剂基体的制备：将上述得到的混合物移入反应釜中，向反应釜中滴加氢氧化钠溶液调节pH，再向反应釜中加入儿茶酚氧化酶，搅拌反应后过滤，分离得到反应滤渣，即为改性降解剂基体；
(5)塑料垃圾降解处理剂的制备：将氯化铁和煤粉以及去离子水混合后搅拌，得到功能悬浮液，再将上述改性降解剂基体和功能悬浮液混合后，放入超声振荡仪中，超声振荡反应，反应结束后过滤，分离得到反应滤饼，放入烘箱烘干后出料，即得塑料垃圾降解处理剂。
4.根据权利要求2或3所述的一种塑料垃圾降解处理剂的制备方法，其特征在于：
所述步骤(1)中纳米纤维素和去离子水的质量比为1:10，纳米纤维素悬浮液和硅酸钠的质量比为10:3，盐酸的浓度为1mol/L，调节混合液pH为4～5，搅拌反应的时间为2～3h。
5.根据权利要求2或3所述的一种塑料垃圾降解处理剂的制备方法，其特征在于：
所述步骤(2)中滤渣和去离子水的质量比为1:5，加热升温的温度为250～350℃，搅拌反应的时间为1～2h。
6.根据权利要求2或3所述的一种塑料垃圾降解处理剂的制备方法，其特征在于：
所述步骤(3)中贻贝粘蛋白和质量分数为0.9％的氯化钠溶液的质量比为1:8，降解剂基体和贻贝粘蛋白液的质量比为1:10。
7.根据权利要求2或3所述的一种塑料垃圾降解处理剂的制备方法，其特征在于：
所述步骤(4)中氢氧化钠溶液的浓度为0.5mol/L，调节pH为8～9，儿茶酚氧化酶的加入量为混合物质量的5％，搅拌反应的时间为2～3h。
8.根据权利要求2或3所述的一种塑料垃圾降解处理剂的制备方法，其特征在于：
所述步骤(5)中氯化铁和煤粉以及去离子水的质量比为1:1:20，混合搅拌的时间为20～30min，改性降解剂基体和功能悬浮液的质量比为1:8，超声振荡反应的频率为35～40kHz，超声振荡反应的时间为30～40min。
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