CN112105685A - 塑料复合材料的分解方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种即使在低温下加热塑料复合材料、也能够在短时间内充分地分解塑料复合材料的基质树脂的塑料复合材料的分解方法。本发明的塑料复合材料的分解方法包括：在反应器内使塑料复合材料与能带隙为4eV以下的无机氧化物的催化剂接触，将反应器内的气体氛围温度在有氧条件下设定为380～530℃，将塑料复合材料的表面温度设为480～650℃且比所述气体氛围温度高50℃以上的温度。

Description

塑料复合材料的分解方法
技术领域
本发明涉及塑料复合材料的分解方法。
背景技术
碳纤维增强塑料(CFRP)等塑料复合材料废料在目前技术中难以回收利用，因此大多数被填埋处理或焚烧处理。特别是如果作为塑料复合材料的基质而使用环氧树脂等热固性树脂，若一旦固化，则难以将热固性树脂和增强纤维分离。
因此，作为处理或再利用塑料复合材料的技术，已开发了热分解法、热半导体法。例如，在专利文献1中，作为热半导体法而记载有如下塑料复合材料的处理方法，该方法使得在多孔体表面上承载氧化铬、氧化钛等半导体的承载催化剂的蜂窝接触到塑料复合材料板的表面，在有氧条件下，半导体在成为本征导电区域的温度下与被处理物一同加热承载催化剂的蜂窝，由此分解塑料复合材料的聚合物。
并且，虽然不是塑料复合材料，但是作为废塑料/有机物的分解方法，在专利文献2中记载有一种废塑料/有机物分解用催化剂，其承载氧化铜并包含活性成分为氧化钛的氧化钛颗粒体。该催化剂的颗粒体形状为大致球形(在此，大致球形是指颗粒体开始滑动的角度为0.5度～15.0度，并且所有颗粒体结束滑动的角度为2.0度～30.0度)，所有颗粒体的70％以上的颗粒体的粒径为0.2mm～1.6mm，氧化铜的承载量为0.1重量％～10.0重量％。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5904487号公报
专利文献2：日本专利第5655162号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
在专利文献1中公开的热半导体法中，虽然能够可靠地分解塑料复合材料，但是在该方法中记载有将塑料复合材料加热到500℃需要10分钟～15分钟的时间，为了分解处理大量的塑料复合材料，能量消耗大且费时间，因此存在无法连续处理的问题。并且，关于专利文献2中公开的催化剂，催化剂的制备很特别，期望能够用市售的催化剂容易进行塑料复合材料的分解处理。
因此，鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种塑料复合材料的分解方法，该方法即使在低温下加热塑料复合材料，也能够在短时间内充分地分解塑料复合材料的基质树脂。
用于解决技术课题的手段
为了实现上述目的，本发明的至少一个实施方式所涉及的塑料复合材料的分解方法为如下方法：在反应器内，使塑料复合材料与能带隙为4eV以下的无机氧化物的催化剂接触，将所述反应器内的气体氛围温度在有氧条件下设定为380～530℃，将所述塑料复合材料的表面温度设为480～650℃且比所述气体氛围温度高50℃以上的温度。
在一些实施方式中，所述反应器内的气体氛围温度优选为380～450℃。并且，所述催化剂优选设为粒状或粒状与板状和/或蜂窝形状的组合。此外，优选使所述塑料复合材料的层状表面与所述催化剂接触。在所述催化剂是粒状催化剂的情况下，可以在所述塑料复合材料的表面及背面上铺满所述粒状催化剂，并且覆盖所述塑料复合材料的层状表面的全部或部分表面。而且，在所述催化剂是蜂窝型催化剂的情况下，可以用所述蜂窝型催化剂包围所述塑料复合材料的作为层状表面的全部4个表面。
在一些实施方式中，所述能带隙为4eV以下的无机氧化物优选为选自钛氧化物、钒氧化物、钨氧化物、钼氧化物及铜氧化物中的1种或2种以上的组合。
在一些实施方式中，在所述反应器内，在不锈钢制网格板的中央部分等一部分装载所述塑料复合材料及所述催化剂，并从所述网格板的下方供给氧气。
发明的效果
由此，根据本发明，通过使能带隙为4eV以下的无机氧化物的催化剂与塑料复合材料接触，即使将反应器内的气体氛围温度在有氧条件下设定为380～530℃的低温，因塑料复合材料的基质树脂的分解而产生的气体中的烃及一氧化碳也会被所述无机氧化物的催化剂氧化，通过由此产生的燃烧热，能够使塑料复合材料的表面温度为480～650℃且比所述气体氛围温度高50℃以上的温度。因此，即使在比以往充分地分解塑料复合材料的基质树脂时所需温度更低的温度下加热塑料复合材料，也能够充分地分解塑料复合材料的基质树脂，并能够有效地处理塑料复合材料。需要说明的是，若塑料复合材料的表面温度过高，则塑料复合材料的增强纤维劣化而无法再利用，因此塑料复合材料的表面温度设为650℃以下。
特别是，即使反应器内的气体氛围温度为380～450℃的低温，也可以通过催化剂的形状、使催化剂接触到塑料复合材料的配置而使塑料复合材料的表面温度进一步大幅上升。例如，作为催化剂而设为粒状或粒状和蜂窝形状的组合，或者设为使塑料复合材料的层状表面与催化剂接触的配置，由此能够使塑料复合材料的表面温度比气体氛围温度高100℃以上。
附图说明
图1是示出本发明所涉及的至少一个实施方式中的催化剂在塑料复合材料中的配置的一个实施方式的前视图(a)及侧视图(b)。
图2是示出本发明所涉及的至少一个实施方式中的催化剂在塑料复合材料中的配置的另一个实施方式的前视图(a)及侧视图(b)。
图3是示出本发明所涉及的至少一个实施方式中的催化剂在塑料复合材料中的配置的另一个实施方式的立体图。
图4是示出本发明所涉及的至少一个实施方式中的塑料复合材料的分解方法的一个实施方式的示意图。
图5是示出实施例1的试验例1的结果的曲线图。
图6是示出实施例1的试验例2的结果的曲线图。
图7是示出实施例1的试验例3的结果的曲线图。
图8是示出实施例1的试验例4的结果的曲线图。
图9是示出实施例2的试验例的结果的曲线图。
图10是示出实施例3的试验例的结果的曲线图。
图11是示出实施例4的试验例的结果的曲线图。
符号说明
10 塑料复合材料
11 表面
12 层状表面
13 背面
20 催化剂
21 蜂窝型催化剂单元
22 粒状催化剂
23 突出部分
30 使催化剂接触到塑料复合材料的处理对象物
41 反应器
42 输送机构
43 网格板
44 回收机构。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明所涉及的至少一个实施方式中的塑料复合材料的分解方法的一个实施方式进行说明。
本实施方式的塑料复合材料的分解方法包括：通过在反应器内使塑料复合材料与能带隙为4eV以下的无机氧化物的催化剂接触，并将反应器内的气体氛围温度在有氧条件下加热到给定的设定温度，从而将塑料复合材料的表面温度设为比所述气体氛围温度高的温度。
作为成为处理对象的塑料复合材料，只要是增强纤维与基质树脂的复合材料即可，并不受特别的限定，作为增强纤维，可以是碳纤维、玻璃纤维等，作为基质树脂，可以是热固性塑料、热塑性塑料等。作为热固性塑料，例如有酚醛树脂、氨基甲酸酯泡沫、聚氨酯、脲醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、三聚氰胺树脂及醇酸树脂等。作为热塑性树脂，例如有聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、ABS树脂、聚酰胺、聚酰亚胺、甲基丙烯酸树脂、聚乙烯醇、聚缩醛、石油树脂、偏二氯乙烯树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚丁烯、氟树脂及聚丙烯酸酯等。
作为用作催化剂的能带隙为4eV以下的无机氧化物，例如有铜(Cu)、钛(Ti)、钒(V)、钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)等的各氧化物。这些无机氧化物可以单独使用一种，也可以组合多种。例如，也能够使用目前用作脱硝催化剂的、在钛氧化物中添加有钒氧化物及钨或钼的氧化物的催化剂。催化剂的能带隙优选为3eV以下，更优选为2eV以下。
作为催化剂的形状，可以是蜂窝型、板状及粒状，特别是为了使塑料复合材料的表面温度比反应器的气体氛围温度高，优选使用粒状的催化剂。为了与塑料复合材料的分解产物容易分离，粒状直径的下限优选为1mm以上，更优选为1.5mm以上，进一步优选为2mm以上。为了增加塑料复合材料与粒状催化剂的接触点并均匀地促进反应，粒状直径的上限优选为10mm以下，更优选为5mm以下，进一步优选为4mm以下。这样的范围内的直径的粒状催化剂已在市场上销售，例如也可以通过如下步骤而得到：在将市售的无机氧化物加压成型之后，进行粉碎并由过滤器等进行整粒，以使其在给定的直径范围内。
为了增加塑料复合材料与蜂窝型催化剂的接触点并均匀地促进反应，作为蜂窝型催化剂，单元的一边的下限优选为2.8mm以上，更优选为3.5mm以上，进一步优选为5.65mm以上。为了增加接触点并均匀地促进反应，单元的一边的上限优选为9mm以下，更优选为6.4mm以下，进一步优选为6.25mm以下。为了充分地促进与塑料复合材料的反应，作为板状催化剂，厚度的下限优选为0.3mm以上，更优选为0.6mm以上，进一步优选为0.7mm以上。板状催化剂的厚度的上限若过厚，则产生不参与反应的催化剂，因此优选为1mm以下，更优选为0.9mm以下，进一步优选为0.8mm以下。
作为催化剂在塑料复合材料中的配置，首先，为了充分地发挥催化剂的效果，优选配置成相对于塑料复合材料的外表面积的催化剂接触比例为20％以上。并且，塑料复合材料具有层叠结构，该层叠结构是通过层叠多个使基质树脂浸渍于增强纤维中的半固化片，并在加压加热条件下进行固化处理而制造。为了使塑料复合材料的表面温度比反应器的气体氛围温度高，特别优选在剖面可观察到该塑料复合材料的层叠结构的表面(在本说明书中，称为“层状表面”)上配置催化剂。
例如，图1中示出如下配置：由蜂窝型催化剂20a的多个单元21包围具有薄而长的形状的塑料复合材料10a。在塑料复合材料10a的宽面积的表面11及背面13上可以不配置蜂窝型催化剂20a，而用蜂窝型催化剂20a包围作为层状表面12的全部4个表面。
并且，例如在图2中示出如下配置：由催化剂20b的多个粒状催化剂22包围具有薄而长的形状的塑料复合材料10b。也可以在塑料复合材料10b的宽面积的表面11及背面13上铺满粒状催化剂22，并且使作为层状表面12的4个表面的全部或一部分由粒状催化剂22覆盖。不需要塑料复合材料10的作为层状表面12的4个表面的全部面积与催化剂20接触，例如优选层状表面12的全部面积的25％以上与催化剂接触，更优选50％以上与催化剂接触。
此外，例如，如图3所示，也可以配置成如下：通过由多个单元21构成的蜂窝型催化剂20c仅夹持塑料复合材料10c的表面11及背面13。并且，催化剂可以是粒状催化剂与蜂窝型催化剂的组合，如图3所示，也可以在具有比塑料复合材料10c的背面13的面积更宽面积的蜂窝型催化剂20c的突出部分23上承载粒状催化剂(省略图示)，并使催化剂接触到塑料复合材料10c的层状表面12。另外，可以使用板状催化剂来代替蜂窝型催化剂，也可以用蜂窝型催化剂和板状催化剂来夹持塑料复合材料。
而且，如图4所示，将使催化剂20接触到塑料复合材料10的处理对象物30放入煅烧炉等反应器41内，在反应器41内进行塑料复合材料的分解处理。塑料复合材料的基质树脂的分解是氧化反应，因此在反应器41内需要足够的氧气。因此，在反应器41中设置有供给空气等含氧气体的设备(省略图示)。
如图4所示，处理对象物30优选载置于不锈钢制网格板43的中央部分，并在反应器41内被实施分解处理。由此，即使从处理对象物30的下表面供给含氧气体，也能够穿过网格板43向处理对象物30的下表面、侧面、上表面均匀地供给含氧气体。网格板43进一步载置于处理对象物30上，并在该处理对象物上载置处理对象物30，通过重复进行该操作，可以将多个处理对象物30一次放入反应器41内。该多级的处理对象物30和网格板43也能够由带式输送机等输送机构42输送到反应器41内。经过给定时间被实施分解处理的处理对象物30和网格板43通过输送机构42从反应器41排出之后，因基质树脂充分地分解而残留的增强纤维被回收机构44回收。
反应器41内的气体氛围温度设定为380～530℃。作为催化剂，通过使用能带隙为4eV以下的无机氧化物，即使反应器41内设定为如此低的气体氛围温度，因塑料复合材料的基质树脂的分解而产生的气体中的烃及一氧化碳也通过所述无机氧化物的催化剂而被氧化，利用如此产生的燃烧热也能够使塑料复合材料的表面温度比所述气体氛围温度大幅上升。
若气体氛围温度低于380℃，则不进行基质树脂的分解，即使使用能带隙为4eV以下的无机氧化物作为催化剂，也无法使塑料复合材料的表面温度上升至足够的温度。另一方面，若气体氛围温度超过530℃，则在使用能带隙为4eV以下的无机氧化物作为催化剂的情况下，塑料复合材料的表面温度过度上升，从而导致塑料复合材料的增强纤维也分解或劣化，难以进行再利用。反应器41内的气体氛围温度优选为380～450℃，更优选为390～420℃。
塑料复合材料的表面温度为480～650℃。为了充分地分解塑料复合材料的基质树脂，需要为480℃以上，优选为490℃以上，更优选为500℃以上。优选使塑料复合材料的表面温度比气体氛围温度高50℃以上，更优选高80℃以上，进一步优选高100℃以上。如此通过将反应器41内的气体氛围温度与塑料复合材料的表面温度之差设为50℃以上，通过利用因塑料复合材料的分解而副产的烃、一氧化碳的氧化所产生的燃烧热，能够节省为了使气体氛围温度上升50℃以上所需的大量能量，并能够有效地处理塑料复合材料。该温度差越大，能量效率越高。另外，该温度差的上限并不受特别的限定，例如优选为270℃以下。这种气体氛围温度和塑料复合材料的表面温度的调整是能够根据催化剂的种类或形状、使催化剂接触到塑料复合材料的配置而进行。例如，通过使用能带隙值更低的无机氧化物，或者将催化剂的形状制成粒状或粒状和蜂窝形状的组合，或者设为使塑料复合材料的层状表面与催化剂接触的配置，能够使塑料复合材料的表面温度比气体氛围温度高100℃以上。
实施例
[实施例1：催化剂的效果]
进行了使用各种催化剂来分解塑料复合材料的试验。作为塑料复合材料，使用了基质树脂为环氧树脂的碳纤维增强树脂，其尺寸为宽度30mm×长度200mm×高度12mm。作为催化剂，试验例1未使用催化剂，试验例2使用了蜂窝型脱硝催化剂(TiO2/V2O5/WO3或MoO3的三元催化剂，单元尺寸为6.4mm×6.4mm×10mm)。试验例3直接使用了TiO2粒状催化剂(Sakai Chemical Industry公司制的CS-200S-24，直径：2～4mm)。试验例4中，将CuO(KANTOKAGAKU公司制的特级试剂)加压成型之后，进行粉碎并整粒为直径2～4mm的粒状后使用。
在使用了蜂窝型脱硝催化剂的情况下，如图1(a)、(b)所示，以使塑料复合材料的层状表面即4个侧面均由催化剂包围的方式配置，整体设为宽度50mm×长度220mm×高度50mm。在使用了粒状催化剂的情况下，如图2(a)、(b)所示，以用催化剂包覆塑料复合材料的整个表面及整个背面、以及整个层状表面、并且整体成为宽度40mm×长度220mm×高度32mm的方式配置。这些均载置于设置在反应器内的不锈钢制网格板(网眼：1.5mm)上的中央位置。
试验条件为如下：一边使干燥空气(水分1.38vol％)以气体流量6.7NL/分钟、气体流速0.76Nm/s在从网格板的下方朝上方的方向上流动，一边进行加热，使反应器内的气体氛围温度达到400℃或500℃，在达到上述设定温度之后保持了2.5小时。然后，除了试验中的反应器内的气体氛围温度(反应器温度)以外，还测定了塑料复合材料的表面温度(样品表面温度)、从塑料复合材料的背面起下方10mm的催化剂的温度(样品下方10mm温度)，并且测定了反应器内的气体中包含的CO、CO2、THC的各浓度。而且，对试验后塑料复合材料的重量进行测定，并计算试验前后的塑料复合材料的重量减少率，并且目视确认在试验后残渣中是否残留基质树脂。将该结果示于表1及图5～图8。
[表1]
Figure BDA0002774169580000081
在无催化剂且将设定温度设为500℃的试验例1中，如图5所示，在开始加热之后，从样品下方10mm的温度达到400℃起，THC浓度开始增加，在达到500℃前后，CO及CO2浓度增加，在将反应器温度保持在500℃的期间，CO及CO2浓度逐渐降低。样品表面温度上升至约530℃之后，逐渐降低至500℃。塑料复合材料的重量减少率为35.2％，在残渣中仍残留基质树脂。
在使用蜂窝型脱硝催化剂且将设定温度设为500℃的试验例2中，在开始加热之后，从样品下方10mm温度达到400℃时起，THC、CO、CO2的各浓度急剧增加。与此同时，样品表面温度也急剧上升。虽然是推测，但可以认为这是通过催化剂成型体的蓄热效果，塑料复合材料的温度超过设定温度而上升，从而进行了塑料复合材料的分解。在残渣中未残留基质树脂，塑料复合材料的重量减少率为36.1％，为良好。
在使用TiO2粒状催化剂且将设定温度设为500℃的试验例3中，在开始加热之后，从样品下方10mm温度达到400℃时起，与THC、CO、CO2的各浓度增加的同时，样品表面温度也大幅上升。与试验例2同样，可以认为通过催化剂的蓄热效果而进行了塑料复合材料的分解。残渣中未残留基质树脂，塑料复合材料的重量减少率为37.6％，为良好。
在使用CuO粒状催化剂且将设定温度为400℃的试验例4中，在开始加热之后，当样品下方10mm温度达到400℃时，CO2浓度急剧增加，另一方面，THC、CO浓度的增加非常小。可以认为，这是由于CuO粒状催化剂使产生的THC及CO氧化。而且，由于大量产生THC及CO的燃烧热，因此虽然设定温度为400℃，但是样品表面温度最高上升至550℃，超过2小时保持了500℃以上。在试验例4中，设定温度为400℃，是最低的，但残渣中未残留基质树脂，塑料复合材料的重量减少率为38.6％，为最佳。
根据试验例1～4的结果，可以认为CuO、TiO2等催化剂具有分解一氧化碳、烃的能力，并且具有防止因塑料复合材料的分解而产生的热被环境气体剥夺的作用。
[实施例2：设定温度400℃下催化剂的能带隙与性能的关系]
针对与实施例1相同材料的塑料复合材料2g，在其表面承载具有不同能带隙的Cr2O3、CuO、非晶态α-Al2O3(α型氧化铝)、V2O5、TiO2(锐钛矿型)各粒状催化剂(直径2～4mm)5g，并分别将设定温度设为400℃，保持时间为1.5小时，在大气氛围中进行了试验。而且，作为比较例，在未承载催化剂的情况下，也在相同条件下进行了试验。将其结果示于图9。另外，图9的曲线图的纵轴不是重量减少率(％)，而是重量减少率比率(单位：无)，该重量减少率比率是将无催化剂的比较例的重量减少率设为1时的各催化剂的重量减少率之比。
如图9所示，可知在设定温度为400℃的低温下，越是能带隙低值的催化剂，重量减少率比率越高。α-Al2O3的重量减少率与无催化剂的比较例相同，但是能带隙为4eV以下的Cr2O3、CuO、V2O5、TiO2(锐钛矿型)显示出优异的分解性能，其中，能带隙为2eV以下的CuO的重量减少率为比较例的约1.8倍，并明显地示出优异的分解性能。
[实施例3：设定温度400℃下的脱硝催化剂的性能]
关于作为TiO2系催化剂的实施例1的试验例2的蜂窝型脱硝催化剂，除了将反应器的设定温度设为400℃的方面、使气体(O2：21vol％、H2O：1.38vol％、N2：残余部分)以1NL/分的流量流动的方面、将保持时间设为4.5小时的方面、连续测量试验中的塑料复合材料的重量的方面以外，在与实施例1相同的条件下进行了试验。另外，作为比较例，在未承载催化剂的情况下，也在相同条件下进行了试验。将其结果示于图10。需要说明的是，图10的曲线图的右纵轴设为重量变化比率(单位：无)，该重量变化比率是在将无催化剂的比较例中的升温时间200分钟后的塑料复合材料的重量相对于试验前的塑料复合材料的重量的变化设为1时的、实施例中的升温时间200分钟后的塑料复合材料的重量相对于试验前的塑料复合材料的重量的变化比率。
如图10所示，在使用了蜂窝型脱硝催化剂的情况下，在开始加热之后，当样品下方10mm温度达到400℃时，塑料复合材料的重量急剧减少。另一方面，在未使用催化剂的情况下，从样品下方10mm的温度达到400℃左右起塑料复合材料的重量逐渐开始减少，直至接近于使用催化剂时的表示重量减少的状态为止，需要几十分钟。
[实施例4：催化剂的配置]
将与实施例1相同材料的塑料复合材料设为宽度30mm×长度30mm×高度12mm的尺寸，对于将实施例1的试验例2的蜂窝型脱硝催化剂仅配置在其表面的情况、配置在其表面和背面这两个面上的情况、配置在层状表面即4个侧面上的情况，除了使气体(O2：21vol％、H2O：1.38vol％、N2：残余部分)以1NL/分的流量流动的方面以外，在与实施例1相同的条件下，将设定温度设为500℃进行了试验。而且，作为比较例，对于无催化剂的情况也在相同条件下进行了试验。将其结果示于图11。需要说明的是，曲线图的纵轴表示，在各试验例中求出单位时间的重量减少率即分解速度常数，并将比较例的分解速度常数设为1时的各试验例的比率。
如图11所示可知，与未使用催化剂的比较例(相对于塑料复合材料的外表面积的催化剂接触比例为0％)相比，如仅配置在表面上的试验例(相同比例为27.8％)、配置在表面和背面这两个面上的试验例(相同比例为55.6％)那样，催化剂的接触比例越增加，分解速度常数比率越变大。可知，催化剂的接触比例为20％以上与无催化剂时相比，可以使分解速度常数比率为约1.2倍以上。此外，在配置在层状表面即4个侧面上的试验例(相同比例为44.4％)中，与配置在表面和背面这两个面上的试验例相比，催化剂的接触比例低，然而分解速度常数比率高。这表明，与将催化剂配置在塑料复合材料的表面或背面相比，配置在层状表面更能够提高分解速度。

Claims (5)

1.一种塑料复合材料的分解方法，该方法包括：
在反应器内使塑料复合材料与能带隙为4eV以下的无机氧化物的催化剂接触，将所述反应器内的气体氛围温度在有氧条件下设定为380～530℃，将所述塑料复合材料的表面温度设为480～650℃且比所述气体氛围温度高50℃以上的温度，
所述催化剂是粒状催化剂，以在所述塑料复合材料的表面及背面铺满所述粒状催化剂、且覆盖所述塑料复合材料的层状表面的全部或部分表面的方式，使其与所述塑料复合材料接触。
2.一种塑料复合材料的分解方法，该方法包括：
在反应器内使塑料复合材料与能带隙为4eV以下的无机氧化物的催化剂接触，将所述反应器内的气体氛围温度在有氧条件下设定为380～530℃，将所述塑料复合材料的表面温度设为480～650℃且比所述气体氛围温度高50℃以上的温度，
所述催化剂是蜂窝型催化剂，以用所述蜂窝型催化剂包围所述塑料复合材料的作为层状表面的全部4个表面的方式，使其与所述塑料复合材料接触。
3.根据权利要求1或2所述的塑料复合材料的分解方法，其中，
所述反应器内的气体氛围温度为380～450℃。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的塑料复合材料的分解方法，其中，
所述能带隙为4eV以下的无机氧化物是选自钛氧化物、钒氧化物、钨氧化物、钼氧化物及铜氧化物中的1种或2种以上的组合。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的塑料复合材料的分解方法，其中，
在所述反应器内，在不锈钢制网格板的一部分装载所述塑料复合材料及所述催化剂，并从所述网格板的下方供给氧气。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7122931B2 (ja) * 2018-10-15 2022-08-22 株式会社新菱 再生強化繊維の製造方法および製造装置
JPWO2022050281A1 (zh) 2020-09-01 2022-03-10
JP2023035480A (ja) * 2021-09-01 2023-03-13 株式会社日立製作所 ハロゲン含有有機物の分解方法およびハロゲン含有物の分解システム

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080099323A1 (en) * 2006-10-31 2008-05-01 Tatsuo Kitamura Decomposition Method Of Waste Plastics and Organics
CN101374930A (zh) * 2006-01-26 2009-02-25 财团法人北九州产业学术推进机构 废塑料的接触分解方法以及废塑料的接触分解装置
EP2177279A1 (en) * 2007-07-05 2010-04-21 Panasonic Corporation Method of recovering valuable materials from waste household electrical appliance
CN102137724A (zh) * 2008-08-20 2011-07-27 草津电机株式会社 使用了具有最适粒子特性的氧化钛颗粒体的废塑料、有机物的分解方法
JP2013146649A (ja) * 2012-01-17 2013-08-01 Shinshu Univ プラスチックまたはプラスチック複合材料の処理方法及び処理装置
JP2014177523A (ja) * 2013-03-14 2014-09-25 Shinshu Univ プラスチック複合材料の処理方法及び処理装置
CN106459472A (zh) * 2014-03-27 2017-02-22 拉帕斯株式会社 使用氧化钛颗粒体从增强塑料回收增强材料的方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS594487B2 (ja) 1977-01-31 1984-01-30 住友金属工業株式会社 耐ｓｒ脆化のすぐれた強靭鋼の製造法
ES2168033B1 (es) * 1999-04-29 2003-05-01 Univ Valencia Politecnica Proceso para el craqueo catalitico de residuos plasticos.
JP4517146B2 (ja) * 2003-10-17 2010-08-04 国立大学法人横浜国立大学 化合物の分解方法
WO2013089222A1 (ja) 2011-12-15 2013-06-20 堺化学工業株式会社 遷移金属及び／又は遷移金属酸化物を担持した酸化チタンの顆粒体並びに該顆粒体を使用した廃プラスチック・有機物の分解方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101374930A (zh) * 2006-01-26 2009-02-25 财团法人北九州产业学术推进机构 废塑料的接触分解方法以及废塑料的接触分解装置
US20080099323A1 (en) * 2006-10-31 2008-05-01 Tatsuo Kitamura Decomposition Method Of Waste Plastics and Organics
EP2177279A1 (en) * 2007-07-05 2010-04-21 Panasonic Corporation Method of recovering valuable materials from waste household electrical appliance
CN102137724A (zh) * 2008-08-20 2011-07-27 草津电机株式会社 使用了具有最适粒子特性的氧化钛颗粒体的废塑料、有机物的分解方法
JP2013146649A (ja) * 2012-01-17 2013-08-01 Shinshu Univ プラスチックまたはプラスチック複合材料の処理方法及び処理装置
JP2014177523A (ja) * 2013-03-14 2014-09-25 Shinshu Univ プラスチック複合材料の処理方法及び処理装置
CN106459472A (zh) * 2014-03-27 2017-02-22 拉帕斯株式会社 使用氧化钛颗粒体从增强塑料回收增强材料的方法

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