CN115322076A - 一种电子废塑料热解联产酚类化学品和co2吸附炭材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于有机固废利用领域，具体涉及一种电子废塑料热解联产酚类化学品和CO2吸附炭材料的方法。根据本发明提供的方法，以电子废塑料为原料，配置不同浓度的碱性盐溶液，将电子废塑料与碱性盐溶液按照一定固液比进行混合，在无氧条件下将所述混合物进行快速热解，将得到的热解气进行冷凝获得高价值酚类化学品，将固体产物洗涤、干燥后，获得CO2吸附炭材料。本发明的方法中涉及的碱性盐溶液具有来源广泛、经济易得等优势，不仅能促进电子废塑料裂解生成苯酚和异丙烯基苯酚，而且还起到化学活化剂的作用，使得到的固体产物具有发达的孔隙结构和高比表面积，可作为一种优良的CO2吸附炭材料，实现电子废塑料的高效处置和资源化利用。
Description
技术领域
本发明属于有机固废利用领域，具体涉及一种电子废塑料热解联产酚类化学品和CO2吸附炭材料的方法。
背景技术
由于家用电器、通讯设备等电子设备的报废量不断增加，电子废塑料的产量也逐年攀升。具体而言，2019年全球电子废塑料的产量达到1072万吨，预计到2030年产量将达到1494万吨。因此，如何高值、合理利用这些电子废塑料，将成为废旧电子电器产品资源化亟需解决的问题。
热解是一种热化学回收技术，能快速地将电子废塑料降解并转化成多种能源与化工平台产物，在替代传统化石资源方面极具潜力。研究发现，电子废塑料热解遵循自由基反应机制，通过分子链的随机裂解，可以形成多种高价值酚类化合物。例如，苯酚和异丙烯基苯酚可以作为中间体应用于化工、医药和农药等领域。然而，热解所得酚类化合物的种类复杂且含量低，致使分离提纯困难，难以作为化工原料使用。为了选择地获得目标酚类化合物，需对电子废塑料热解过程进行定向控制(如添加催化剂)，促进或抑制某些特定反应，从而提高目标酚类化合物的选择性和产率。然而，现阶段有关电子废塑料催化热解制备酚类化学品的研究仍有限。
除了酚类化合物，电子废塑料在热解过程中还产生20～30wt％的固体产物(焦炭)。这些焦炭是电子废塑料热解产生的挥发分经交联作用而形成的，具有发达的孔隙结构、较高的比表面积和良好的热化学稳定性，在CO2吸附领域极具应用前景。随着现代工业的快速发展，CO2等温室气体的大量排放，导致全球气候变暖。因此，以电子废塑料为原料制备CO2吸附炭材料，不仅可以将其变废为宝，还可以解决环境污染问题。
因此，亟需发明一种清洁高效的电子废塑料热解方法，既能获得高产率的目标酚类化学品，又能获得CO2吸附性能较好的炭材料，进而实现有机固废的清洁处置及资源化利用，助力“双碳”目标实现。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电子废塑料热解联产酚类化学品和CO2吸附炭材料的方法。
本发明所述方法，具体如下：
根据本发明提供的方法，以电子废塑料为原料，配置不同浓度的碱性盐溶液，将电子废塑料与碱性盐溶液按照一定固液比进行混合，在无氧条件下将所述混合物进行快速热解，将得到的热解气进行冷凝获得高价值酚类化学品，将固体产物洗涤、干燥后，获得CO2吸附炭材料。
优选的，所述电子废塑料包括聚砜树脂、酚醛树脂或聚碳酸酯中的至少一种。
优选的，所述碱性盐溶液包括碳酸钠溶液、碳酸钾溶液、碳酸氢钠溶液、碳酸氢钾溶液、甲酸钠溶液或甲酸钾溶液。
优选的，所述碱性盐溶液浓度为0.25～2mol/L。
优选的，所述将电子废塑料放置于碱性盐溶液中，固液比为1∶5～1∶30g/mL。
优选的，所述无氧条件是维持反应体系在惰性无氧保护气体环境下。
优选的，所述热解温度为450～650℃，热解时间为5～20min。
本发明的有益效果为：
本发明将电子废塑料与碱性盐溶液混合接触后直接进行快速热解，联产制备酚类化学品和CO2吸附炭材料，实现电子废塑料高效处置和资源化利用。所使用的碱性盐溶液具有来源广泛、经济易得等优势。高温下，碱性盐溶液电离出的氢氧根离子能有效促进电子废塑料中的碳酸酯键和异亚丙基键断裂，生成大量的苯酚和异丙烯基苯酚，而其他产物含量很低，降低了后续分离提纯的难度和经济成本。此外，碱性盐溶液还可以作为一种化学活化剂，使焦炭具有发达的孔隙结构和高比表面积，进而得到一种优良的CO2吸附炭材料。
具体实施方式
本发明提供了一种电子废塑料热解联产酚类化学品和CO2吸附炭材料的方法，下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明。应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
下述实施例中液体产物产率计算方法如下：
液体产物产率＝(收集得到的液体产物质量(减去碱性盐溶液中水的质量)÷原料的质量)×100％。
下述实施例中通过气相色谱/质谱联用仪耦合外标法定量分析苯酚和异丙烯基苯酚的含量，苯酚和异丙烯基苯酚产率的计算方法如下：
苯酚的产率＝(苯酚的质量÷原料的质量)×100％；
异丙烯基苯酚的产率＝(异丙烯基苯酚的质量÷原料的质量)×100％。
固体产物产率＝(收集得到的固体产物质量(减去弱碱性盐溶液中盐的质量)÷原料的质量)×100％。
下述实施例中通过热重分析仪测试固体产物的CO2吸附量。
下述实施例中的百分含量，如无特殊说明均为质量百分含量。
实施例1
取1g聚砜树脂为原料，置于0.25mol/L碳酸钠溶液中，固液比为1∶10g/mL，将混合均匀的样品在氮气氛围下650℃快速热解，热解时间10min，获得的液体产物产率为58.74％，通过气相色谱/质谱联用仪检测苯酚和异丙烯基苯酚的含量，计算产率分别为23.47％和18.56％；获得的固体产物产率为13.59％，经热重分析仪检测CO2的吸附量为1.58mmol/g。
实施例2
取1g聚砜树脂为原料，置于0.5mol/L碳酸钾溶液中，固液比为1∶30g/mL，将混合均匀的样品在氮气氛围下600℃快速热解，热解时间5min，获得的液体产物产率为62.36％，通过气相色谱/质谱联用仪检测苯酚和异丙烯基苯酚的含量，计算产率分别为27.54％和21.17％；获得的固体产物产率为13.34％，经热重分析仪检测CO2的吸附量为1.62mmol/g。
实施例3
取1g聚砜树脂为原料，置于0.75mol/L碳酸氢钠溶液中，固液比为1∶20g/mL，将混合均匀的样品在氮气氛围下600℃快速热解，热解时间10min，获得的液体产物产率为66.07％，通过气相色谱/质谱联用仪检测苯酚和异丙烯基苯酚的含量，计算产率分别为30.53％和26.12％；获得的固体产物产率为12.89％，经热重分析仪检测CO2的吸附量为1.68mmol/g。
实施例4
取1g聚砜树脂为原料，置于1mol/L碳酸氢钾溶液中，固液比为1∶5g/mL，将混合均匀的样品在氮气氛围下550℃快速热解，热解时间20min，获得的液体产物产率为64.52％，通过气相色谱/质谱联用仪检测苯酚和异丙烯基苯酚的含量，计算产率分别为27.54％和22.74％；获得的固体产物产率为12.78％，经热重分析仪检测CO2的吸附量为1.72mmol/g。
实施例5
取1g聚砜树脂为原料，置于1.5mol/L甲酸钠溶液中，固液比为1∶20g/mL，将混合均匀的样品在氮气氛围下450℃快速热解，热解时间15min，获得的液体产物产率为51.06％，通过气相色谱/质谱联用仪检测苯酚和异丙烯基苯酚的含量，计算产率分别为18.75％和14.98％；获得的固体产物产率为14.74％，经热重分析仪检测CO2的吸附量为1.26mmol/g。
实施例6
取1g聚砜树脂为原料，置于2mol/L甲酸钾溶液中，固液比为1∶5g/mL，将混合均匀的样品在氮气氛围下500℃快速热解，热解时间20min，获得的液体产物产率为54.82％，通过气相色谱/质谱联用仪检测苯酚和异丙烯基苯酚的含量，计算产率分别为20.75％和15.24％；获得的固体产物产率为14.18％，经热重分析仪检测CO2的吸附量为1.51mmol/g。
实施例7
取1g酚醛树脂为原料，置于2mol/L碳酸钠溶液中，固液比为1∶20g/mL，将混合均匀的样品在氮气氛围下450℃快速热解，热解时间10min，获得的液体产物产率为52.41％，通过气相色谱/质谱联用仪检测苯酚和异丙烯基苯酚的含量，计算产率分别为21.36％和18.66％；获得的固体产物产率为14.95％，经热重分析仪检测CO2的吸附量为1.37mmol/g。
实施例8
取1g酚醛树脂为原料，置于1.5mol/L碳酸钾溶液中，固液比为1∶30g/mL，将混合均匀的样品在氮气氛围下500℃快速热解，热解时间10min，获得的液体产物产率为56.42％，通过气相色谱/质谱联用仪检测苯酚和异丙烯基苯酚的含量，计算产率分别为21.65％和16.41％；获得的固体产物产率为14.67％，经热重分析仪检测CO2的吸附量为1.47mmol/g。
实施例9
取1g酚醛树脂为原料，置于1mol/L碳酸氢钠溶液中，固液比为1∶10g/mL，将混合均匀的样品在氮气氛围下600℃快速热解，热解时间20min，获得的液体产物产率为67.26％，通过气相色谱/质谱联用仪检测苯酚和异丙烯基苯酚的含量，计算产率分别为29.13％和26.65％；获得的固体产物产率为12.89％，经热重分析仪检测CO2的吸附量为1.71mmol/g。
实施例10
取1g酚醛树脂为原料，置于0.75mol/L碳酸氢钾溶液中，固液比为1∶5g/mL，将混合均匀的样品在氮气氛围下550℃快速热解，热解时间15min，获得的液体产物产率为62.41％，通过气相色谱/质谱联用仪检测苯酚和异丙烯基苯酚的含量，计算产率分别为27.32％和21.23％；获得的固体产物产率为13.23％，经热重分析仪检测CO2的吸附量为1.64mmol/g。
实施例11
取1g酚醛树脂为原料，置于0.5mol/L甲酸钠溶液中，固液比为1∶15g/mL，将混合均匀的样品在氮气氛围下600℃快速热解，热解时间5min，获得的液体产物产率为60.06％，通过气相色谱/质谱联用仪检测苯酚和异丙烯基苯酚的含量，计算产率分别为24.51％和21.82％；获得的固体产物产率为13.44％，经热重分析仪检测CO2的吸附量为1.62mmol/g。
实施例12
取1g酚醛树脂为原料，置于0.25mol/L甲酸钾溶液中，固液比为1∶10g/mL，将混合均匀的样品在氮气氛围下650℃快速热解，热解时间15min，获得的液体产物产率为57.22％，通过气相色谱/质谱联用仪检测苯酚和异丙烯基苯酚的含量，计算产率分别为22.94％和18.54％；获得的固体产物产率为12.68％，经热重分析仪检测CO2的吸附量为1.55mmol/g。
实施例13
取1g聚碳酸酯为原料，置于0.5mol/L碳酸钠溶液中，固液比为1∶5g/mL，将混合均匀的样品在氮气氛围下500℃快速热解，热解时间20min，获得的液体产物产率为56.33％，通过气相色谱/质谱联用仪检测苯酚和异丙烯基苯酚的含量，计算产率分别为22.35％和18.01％；获得的固体产物产率为13.86％，经热重分析仪检测CO2的吸附量为1.50mmol/g。
实施例14
取1g聚碳酸酯为原料，置于1mol/L碳酸钠溶液中，固液比为1∶10g/mL，将混合均匀的样品在氮气氛围下600℃快速热解，热解时间10min，获得的液体产物产率为71.43％，通过气相色谱/质谱联用仪检测苯酚和异丙烯基苯酚的含量，计算产率分别为33.77％和28.83％；获得的固体产物产率为12.64％，经热重分析仪检测CO2的吸附量为1.75mmol/g。
实施例15
取1g聚碳酸酯为原料，置于0.25mol/L碳酸钾溶液中，固液比为1∶10g/mL，将混合均匀的样品在氮气氛围下650℃快速热解，热解时间10min，获得的液体产物产率为59.34％，通过气相色谱/质谱联用仪检测苯酚和异丙烯基苯酚的含量，计算产率分别为24.32％和20.65％；获得的固体产物产率为12.87％，经热重分析仪检测CO2的吸附量为1.54mmol/g。
实施例16
取1g聚碳酸酯为原料，置于1.5mol/L碳酸钾溶液中，固液比为1∶20g/mL，将混合均匀的样品在氮气氛围下450℃快速热解，热解时间15min，获得的液体产物产率为53.85％，通过气相色谱/质谱联用仪检测苯酚和异丙烯基苯酚的含量，计算产率分别为19.77％和15.04％；获得的固体产物产率为14.26％，经热重分析仪检测CO2的吸附量为1.36mmol/g。
实施例17
取1g聚碳酸酯为原料，置于2mol/L碳酸氢钠溶液中，固液比为1∶30g/mL，将混合均匀的样品在氮气氛围下600℃快速热解，热解时间5min，获得的液体产物产率为65.43％，通过气相色谱/质谱联用仪检测苯酚和异丙烯基苯酚的含量，计算产率分别为29.25％和25.42％；获得的固体产物产率为12.54％，经热重分析仪检测CO2的吸附量为1.70mmol/g。
实施例18
取1g聚碳酸酯为原料，置于1mol/L碳酸氢钠溶液中，固液比为1∶10g/mL，将混合均匀的样品在氮气氛围下550℃快速热解，热解时间20min，获得的液体产物产率为61.24％，通过气相色谱/质谱联用仪检测苯酚和异丙烯基苯酚的含量，计算产率分别为27.42％和23.44％；获得的固体产物产率为12.98％，经热重分析仪检测CO2的吸附量为1.67mmol/g。
实施例19
取1g聚碳酸酯为原料，置于0.5mol/L碳酸氢钾溶液中，固液比为1∶10g/mL，将混合均匀的样品在氮气氛围下650℃快速热解，热解时间10min，获得的液体产物产率为60.48％，通过气相色谱/质谱联用仪检测苯酚和异丙烯基苯酚的含量，计算产率分别为26.58％和22.98％；获得的固体产物产率为11.88％，经热重分析仪检测CO2的吸附量为1.62mmol/g。
实施例20
取1g聚碳酸酯为原料，置于2mol/L碳酸氢钾溶液中，固液比为1∶5g/mL，将混合均匀的样品在氮气氛围下600℃快速热解，热解时间15min，获得的液体产物产率为64.87％，通过气相色谱/质谱联用仪检测苯酚和异丙烯基苯酚的含量，计算产率分别为28.21％和24.24％；获得的固体产物产率为11.07％，经热重分析仪检测CO2的吸附量为1.73mmol/g。
实施例21
取1g聚碳酸酯为原料，置于0.75mol/L甲酸钠溶液中，固液比为1∶20g/mL，将混合均匀的样品在氮气氛围下500℃快速热解，热解时间5min，获得的液体产物产率为56.63％，通过气相色谱/质谱联用仪检测苯酚和异丙烯基苯酚的含量，计算产率分别为23.54％和18.47％；获得的固体产物产率为14.67％，经热重分析仪检测CO2的吸附量为1.49mmol/g。
实施例22
取1g聚碳酸酯为原料，置于1mol/L甲酸钠溶液中，固液比为1∶10g/mL，将混合均匀的样品在氮气氛围下600℃快速热解，热解时间10min，获得的液体产物产率为62.87％，通过气相色谱/质谱联用仪检测苯酚和异丙烯基苯酚的含量，计算产率分别为27.32％和22.66％；获得的固体产物产率为13.88％，经热重分析仪检测CO2的吸附量为1.66mmol/g。
实施例23
取1g聚碳酸酯为原料，置于1mol/L甲酸钾溶液中，固液比为1∶30g/mL，将混合均匀的样品在氮气氛围下550℃快速热解，热解时间20min，获得的液体产物产率为60.24％，通过气相色谱/质谱联用仪检测苯酚和异丙烯基苯酚的含量，计算产率分别为25.19％和20.05％；获得的固体产物产率为14.33％，经热重分析仪检测CO2的吸附量为1.53mmol/g。
实施例24
取1g聚碳酸酯为原料，置于2mol/L甲酸钾溶液中，固液比为1∶10g/mL，将混合均匀的样品在氮气氛围下450℃快速热解，热解时间10min，获得的液体产物产率为52.41％，通过气相色谱/质谱联用仪检测苯酚和异丙烯基苯酚的含量，计算产率分别为19.78％和15.63％；获得的固体产物产率为14.56％，经热重分析仪检测CO2的吸附量为1.29mmol/g。
实施例25
取0.5g聚砜树脂和0.5g酚醛树脂为混合原料，置于0.5mol/L碳酸钠溶液中，固液比为1∶20g/mL，将混合均匀的样品在氮气氛围下600℃快速热解，热解时间10min，获得的液体产物产率为58.54％，通过气相色谱/质谱联用仪检测苯酚和异丙烯基苯酚的含量，计算产率分别为24.21％和20.23％；获得的固体产物产率为13.21％，经热重分析仪检测CO2的吸附量为1.65mmol/g。
实施例26
取0.5g酚醛树脂和0.5g聚碳酸酯为混合原料，置于1mol/L碳酸钾溶液中，固液比为1∶10g/mL，将混合均匀的样品在氮气氛围下650℃快速热解，热解时间15min，获得的液体产物产率为62.87％，通过气相色谱/质谱联用仪检测苯酚和异丙烯基苯酚的含量，计算产率分别为26.75％和21.90％；获得的固体产物产率为12.80％，经热重分析仪检测CO2的吸附量为1.71mmol/g。
实施例27
取0.5g聚碳酸酯和0.5g聚砜树脂为混合原料，置于1.5mol/L碳酸氢钠溶液中，固液比为1∶10g/mL，将混合均匀的样品在氮气氛围下550℃快速热解，热解时间15min，获得的液体产物产率为64.86％，通过气相色谱/质谱联用仪检测苯酚和异丙烯基苯酚的含量，计算产率分别为28.08％和25.41％；获得的固体产物产率为12.85％，经热重分析仪检测CO2的吸附量为1.69mmol/g。
实施例28
取0.4g聚砜树脂、0.3g酚醛树脂和0.3g聚碳酸酯为混合原料，置于0.75mol/L碳酸氢钾溶液中，固液比为1∶5g/mL，将混合均匀的样品在氮气氛围下500℃快速热解，热解时间10min，获得的液体产物产率为56.07％，通过气相色谱/质谱联用仪检测苯酚和异丙烯基苯酚的含量，计算产率分别为21.40％和16.87％；获得的固体产物产率为13.72％，经热重分析仪检测CO2的吸附量为1.61mmol/g。
实施例29
取0.3g聚砜树脂、0.4g酚醛树脂和0.3g聚碳酸酯为混合原料，置于2mol/L甲酸钠溶液中，固液比为1∶30g/mL，将混合均匀的样品在氮气氛围下600℃快速热解，热解时间20min，获得的液体产物产率为66.75％，通过气相色谱/质谱联用仪检测苯酚和异丙烯基苯酚的含量，计算产率分别为29.23％和25.21％；获得的固体产物产率为12.45％，经热重分析仪检测CO2的吸附量为1.72mmol/g。
实施例30
取0.3g聚砜树脂、0.3g酚醛树脂和0.4g聚碳酸酯为混合原料，置于1mol/L甲酸钾溶液中，固液比为1∶10g/mL，将混合均匀的样品在氮气氛围下550℃快速热解，热解时间10min，获得的液体产物产率为56.60％，通过气相色谱/质谱联用仪检测苯酚和异丙烯基苯酚的含量，计算产率分别为23.01％和19.33％；获得的固体产物产率为13.52％，经热重分析仪检测CO2的吸附量为1.63mmol/g。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改，等同替换、改进等，均应包含在本发明的范围之内。
Claims (6)
1.一种电子废塑料热解联产酚类化学品和CO2吸附炭材料的方法，其特征在于，将电子废塑料与碱性盐溶液按照一定固液比进行混合，在无氧条件下将所述混合物进行快速热解，将得到的热解气进行冷凝获得高价值酚类化学品，将固体产物洗涤、干燥后，获得CO2吸附炭材料。
2.根据权利要求1所述的一种电子废塑料热解联产酚类化学品和CO2吸附炭材料的方法，其特征在于，所述电子废塑料包括聚砜树脂、酚醛树脂或聚碳酸酯中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的一种电子废塑料热解联产酚类化学品和CO2吸附炭材料的方法，其特征在于，所述碱性盐溶液包括碳酸钠溶液、碳酸钾溶液、碳酸氢钠溶液、碳酸氢钾溶液、甲酸钠溶液或甲酸钾溶液。
4.根据权利要求3所述的一种电子废塑料热解联产酚类化学品和CO2吸附炭材料的方法，其特征在于，所述碱性盐溶液浓度为0.25～2mol/L。
5.根据权利要求3所述的一种电子废塑料热解联产酚类化学品和CO2吸附炭材料的方法，其特征在于，所述固液比为1∶5～1∶30g/mL。
6.根据权利要求1所述的一种电子废塑料热解联产酚类化学品和CO2吸附炭材料的方法，其特征在于，所述热解温度为450～650℃，热解时间为5～20min。
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