RU2797584C1 - Способ переработки полиэтилентерефталата - Google Patents
Способ переработки полиэтилентерефталата Download PDFInfo
- Publication number
- RU2797584C1 RU2797584C1 RU2022111856A RU2022111856A RU2797584C1 RU 2797584 C1 RU2797584 C1 RU 2797584C1 RU 2022111856 A RU2022111856 A RU 2022111856A RU 2022111856 A RU2022111856 A RU 2022111856A RU 2797584 C1 RU2797584 C1 RU 2797584C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pet
- polyethylene terephthalate
- resulting mixture
- processing
- filtration
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к области переработки отходов из полиэтилентерефталата (ПЭТФ). Способ переработки материалов, содержащих полиэтилентерефталат (ПЭТФ), включает измельчение материалов, содержащих полиэтилентерефталат, и смешивание их с щелочным компонентом, добавление полученной смеси в водный раствор, содержащий спирт и фотокатализатор, выдерживание полученной смеси при атмосферном давлении, перемешивании и облучении ультрафиолетовым светом в течение 3-7 ч, с последующим разбавлением полученной смеси дистиллированной водой, фильтрацией, подкислением до образования белого осадка терефталевой кислоты, который отделяют фильтрованием, промывают и сушат, причем способ осуществляют при комнатной температуре. Технический результат заключается в создании высокопроизводительного метода переработки ПЭТФ в среде высокой вязкости и снижении затрат на его переработку благодаря проведению процесса при комнатной температуре и давлении. 4 ил., 5 табл., 5 пр.
Description
Одной из наиболее актуальных проблем в современном мире является предотвращение накопления отходов, содержащих полимерные материалы. Полимерные материалы составляют большую долю в бытовых и промышленных отходах, поступающих на мусорные свалки. Благодаря высокой стойкости к воздействию окружающей среды данные материалы сохраняются в естественных условиях в течение длительного времени (например, ПЭТФ - в течение 80 лет). Для решения указанной проблемы в настоящее время предлагаются различные технологии переработки полимерных отходов.
Настоящее изобретение относится к области переработки отходов из полиэтилентерефталата (ПЭТФ). Существуют различные методы переработки ПЭТФ, в частности:
- механический рециклинг вторичного ПЭТФ,
- химическая переработка ПЭТФ (кислотный щелочной и нейтральный гидролиз, гликолиз, метанолиз и др.),
- термический рециклинг ПЭТФ.
Указанные методы описаны, например в статье ИШАЛИНА О.В. и др. Анализ методов переработки отходов полиэтилентерефталата. Промышленное производство и использование эластомеров, №3, 2015, с. 39-48.
Одним из недостатком описанных в данной статье методов является использование высокой температуры и давления, что приводит к повышенным энергозатратам и низкой экономической рентабельности. Также недостатками термического метода является образование вредных и токсичных продуктов в виде пепла и газов.
Из уровня техники известен способ переработки материалов, содержащих полиэтилентерефталат, с удалением загрязнений из полиэтилентерефталата переэтерификацией материала, содержащего полиэтилентерефталат, этиленгликолем при повышенной температуре, согласно которому переэтерификацию материала, содержащего полиэтилентерефталат, этиленгликолем осуществляют при температуре кипения этиленгликоля или близкой к ней температуре в течение промежутка времени, достаточного для получения раствора, содержащего олигомеры полиэтилентерефталата и/или бис(гидроксиэтил) терефталевый эфир, затем выделяют олигомеры полиэтилентерефталата и/или бис(гидроксиэтил) терефталевый эфир и этиленгликоль и проводят гидролиз выделенных олигомеров полиэтилентерефталата и/или бис(гидроксиэтил) терефталевого эфира при повышенных температуре и давлении в течение промежутка времени, достаточного для образования раствора этиленгликоля и кристаллов терефталевой кислоты (RU 2137787, опубл. 20.09.1999). Недостатками данного способа являются многостадийность процесса, а также использование высокой температуры и давления, что приводит к повышенным энергозатратам и низкой эффективности.
Также из уровня техники (WO 2015/190941, опубл. 17.12.2015) известен способ переработки отходов полиэтилентерефталата (ПЭТФ), особенно переработки сырья для получения терефталевой кислоты и этиленгликоля. На первом этапе отходы ПЭТФ вываривают при температуре от 190°С до 265°С в высококипящем одноатомном или многоатомном спирте или их смеси, предпочтительно с добавлением фенола в присутствии катализаторов. Процесс переэтерификации ПЭТФ осуществляют путем добавления высококипящего одноатомного или многоатомного спирта или их смеси, предпочтительно с добавкой фенола и отгоняют этиленгликоль, который используют в другом производственном цикле для процесса разложения ПЭТФ. Избыток этиленгликоля отводится как дополнительный продукт. На второй стадии оставшийся полупродукт смешивают с легкокипящим спиртом или смесью легкокипящих спиртов и подвергают переэтерификации. Разделяют высококипящий спирт и эфир терефталевой кислоты, к которым на третьей стадии добавляют воду с катализатором. Проводят процесс гидролиза и отгоняют низкокипящий спирт. Полученную водную суспензию терефталевой кислоты фильтруют, а отработанную терефталевую кислоту промывают и сушат. Недостатками данного способа также является использование высокой температуры, что приводит к повышенным энергозатратам и низкой эффективности.
Задачами настоящего изобретения является создание высокопроизводительного метода переработки ПЭТФ в среде высокой вязкости и снижение затрат на его переработку благодаря проведению процесса при комнатной температуре и давлении.
Доля перерабатываемого пластика от общей массы смеси составляет 3-36%. Переработка ПЭТФ в высоковязкой среде проводится с применением рамного импеллера с коаксиальным приводом.
Отличием разработанного способа является применение соды (Na2CO3) и поташа (K2CO3) в качестве альтернативы популярным основаниям, используемым в реакциях щелочного гидролиза ПЭТФ или другого пластика.
Способ переработки материалов, содержащих полиэтилентерефталат (ПЭТФ), включает измельчение материалов, содержащих полиэтилентерефталат, и смешивание их со щелочным компонентом, добавление полученной смеси в водный раствор, содержащий спирт и фотокатализатор, выдерживание полученной смеси при атмосферном давлении, перемешивании и облучении ультрафиолетовым светом в течение 3-7 часов, с последующим разбавлением полученной смеси дистиллированной водой, фильтрацией, подкислением до образования белого осадка терефталевой кислоты, который отделяют фильтрованием, промывают и сушат.
Пример 1:
В реакционный сосуд (см. Фиг. 1) загружали водно-спиртовую смесь в количестве 300 мл при соотношении спирт : вода = 80:20 и фотокатализатор (ZnO/TiO2) в количестве 130 мг. Далее ПЭТФ в количестве 10 г измельчали до частиц с размером, не превышающим 3 мм, и смешивали с 50 г щелочи (KOH). Полученную взвесь добавляли в реакционную массу при перемешивании. Реакционный сосуд снабжен УФ-лампами для генерирования УФ-излучения ближнего диапазона (365 нм). Время реакции при перемешивании и облучении составило 3-7 часов. По завершении реакции смесь разбавляли дистиллированной H2O, затем фильтровали. Далее раствор желтого цвета подкисляли до образования белого осадка терефталевой кислоты (ТФК) и проводили фильтрование. Осадок терефталевой кислоты промывали 100-300 мл воды и этилового спирта и далее проводили сушку. Полученная ТФК исследовалась методами ИК-спектроскопии. Полученные результаты позволяют говорить о выходе ТФК более 90%. В таблице 1 представлены результаты элементного состава полученной ТФК в сравнении с теоретическим расчетом. Различия могут быть связаны с погрешностью метода в результате исследования, а также наличия следовых примесных количеств этиленгликоля.
Таблица 1. Элементный состав ТФК, полученной методом щелочного гидролиза с применением УФ-облучения в сравнении с теоретическим расчетом.
Продукт | С, % | O, % | Н (ост.), % |
ТФК | 56,75 | 39,33 | 3,92 |
ТФК, теор. | 57,83 | 38,55 | 3,62 |
Пример 2:
Способ по примеру 2 реализован аналогично примеру 1 с тем лишь отличием, что в качестве щелочного компонента вместо основания (KOH) использовали соду (Na2CO3) и поташ (K2CO3) в тех же пропорциях, что и в примере 1. Результаты представлены в таблице 2.
Таблица 2. Выход реакции в зависимости от щелочного компонента реакции
Щелочной компонент | Выход ТФК, % |
KOH | 97 |
Na2CO3 | 92 |
K2CO3 | 89 |
При использовании карбоната натрия и калия выход был снижен до 92 и 89 % соответственно, однако все равно остался на высоком уровне, что позволяет утверждать о возможности их применения в ходе реакции.
Пример 3:
В примере 3 исследовали влияние катализатора на процесс разложения ПЭТФ и выход реакции. Процесс проводили аналогично примеру 1 и 2. Отличие заключалось в том, что использовали разные количества катализатора. В качестве катализатора процесса могут быть использованы известные фотокатализаторы d-элементов (ZnO, TiO2 и др.).
Роль катализатора заключается в ускорении реакции деполимеризации ПЭТФ за счет образования активных радикальных частиц в водном растворе. Для активации катализатора и генерирования радикалов используется УФ-излучение. Проведение процесса щелочного гидролиза при комнатной температуре без применения фотокатализатора привело к выходу реакции менее 40 %, что показывает необходимость их использования.
Результаты исследования необходимых количеств катализатора представлены в таблице 3.
Таблица 3. Зависимость содержания катализатора от выхода ТФК
Катализатор | Содержание, г | Выход ТФК, % |
ZnO | 0.010 | 68 |
TiO2 | 0.010 | 71 |
ZnO | 0.070 | 77 |
TiO2 | 0.070 | 69 |
ZnO | 0.130 | 97 |
TiO2 | 0.130 | 92 |
ZnO | 0.190 | 81 |
TiO2 | 0.190 | 83 |
Оптимальным массовым соотношением материалов, содержащих ПЭТФ, и фотокатализатора является 1:0,013. Дальнейшее увеличение концентрации катализатора приводит к снижению выхода реакции. Это можно объяснить конкурирующими реакциями образования радикалов, которые приводят к разложению ТФК.
Пример 4:
Процесс проводили аналогично примеру 1 и 2, с той разницей, что на 50 г щелочи использовали 50 г ПЭТФ (щелочь : ПЭТФ = 1:1), 100 г ПЭТФ (щелочь : ПЭТФ = 1:2) и 200 г ПЭТФ (щелочь : ПЭТФ = 1:4). Результаты представлены в таблице 4.
Таблица 4. Влияние соотношения щелочи к количеству ПЭТФ на выход реакции
Соотношение Щелочь:ПЭТФ | Выход реакции, % |
5:1 | 92 |
1:1 | 88 |
1:2 | 82 |
1:4 | 81 |
При соотношении Щелочь : ПЭТФ = 1:1 переработка реакционной массы затрудняется ввиду повышения ее вязкости. Отсутствие качественного перемешивания уменьшает полезную площадь поверхности катализатора, активируемого УФ-облучением. Для улучшения перемешивания переработка ПЭТФ в высоковязкой среде (Фиг. 4) проводилась с применением модернизированного рамного импеллера с коаксиальным приводом (Фиг. 2, 3).
За счет геометрии конструкции и оснащения дополнительными лопастями импеллер обеспечивает одновременное вращение в нескольких плоскостях и перемешивание по всему объему реакционного сосуда. Это позволило повысить процент перерабатываемого пластика от общей массы смеси до 36% (соотношение Щелочь : ПЭТФ = 1:4).
Пример 5:
В примере 5 исследовали влияние интенсивности УФ-облучения на выход реакции в высоковязких средах. Способ был реализован аналогично примеру 4 при массовом содержании ПЭТФ 36% (1:4). Результаты детерминации параметров УФ-облучения представлены в таблице 5.
Таблица 5. Влияние интенсивности УФ-облучения на выход ТФК
Интенсивность облучения, Вт/см2 | Выход ТФК, %, |
0,06 | 54 |
0,12 | 62 |
0,25 | 81 |
0,50 | 79 |
0,80 | 80 |
Выход реакции щелочного гидролиза ПЭТФ в высоковязких средах более 80%, что говорит о высокой воспроизводимости метода и перспективах его масштабирования для реализации в промышленных объемах.
Claims (1)
- Способ переработки материалов, содержащих полиэтилентерефталат (ПЭТФ), включающий измельчение материалов, содержащих полиэтилентерефталат, и смешивание их с щелочным компонентом, добавление полученной смеси в водный раствор, содержащий спирт и фотокатализатор, выдерживание полученной смеси при атмосферном давлении, перемешивании и облучении ультрафиолетовым светом в течение 3-7 ч, с последующим разбавлением полученной смеси дистиллированной водой, фильтрацией, подкислением до образования белого осадка терефталевой кислоты, который отделяют фильтрованием, промывают и сушат, причем способ осуществляют при комнатной температуре.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2797584C1 true RU2797584C1 (ru) | 2023-06-07 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2137787C1 (ru) * | 1992-05-18 | 1999-09-20 | СВИГ ПТИ Лтд. | Способ переработки материалов, содержащих полиэтилентерефталат, с удалением загрязнений из полиэтилентерефталата (варианты) |
US20070219339A1 (en) * | 2004-01-27 | 2007-09-20 | Auturo Fregoso-Infante | Chemical Process For Recycling Polyethylene Terephtalate (Pet) Waste |
RU2384592C1 (ru) * | 2008-11-27 | 2010-03-20 | Учреждение Российской Академии Наук Институт Общей И Неорганической Химии Им. Н.С. Курнакова Ран (Ионх Ран) | Способ переработки отходов полиэтилентерефталата в порошкообразный продукт |
WO2015190941A1 (en) * | 2014-06-10 | 2015-12-17 | RS PET Spółka z o.o. | Method of polyethylene terephthalate pet waste recycling |
RU2616299C1 (ru) * | 2016-05-19 | 2017-04-14 | Общество с ограниченной ответственностью "ХИМТЕХ-ИНЖИНИРИНГ" | Способ щелочного гидролиза отходов ПЭТФ с получением терефталевой кислоты |
RU2724893C1 (ru) * | 2020-02-11 | 2020-06-26 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН (ИФХЭ РАН) | Способ получения терефталевой кислоты из отходов полиэтилентерефталата |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2137787C1 (ru) * | 1992-05-18 | 1999-09-20 | СВИГ ПТИ Лтд. | Способ переработки материалов, содержащих полиэтилентерефталат, с удалением загрязнений из полиэтилентерефталата (варианты) |
US20070219339A1 (en) * | 2004-01-27 | 2007-09-20 | Auturo Fregoso-Infante | Chemical Process For Recycling Polyethylene Terephtalate (Pet) Waste |
RU2384592C1 (ru) * | 2008-11-27 | 2010-03-20 | Учреждение Российской Академии Наук Институт Общей И Неорганической Химии Им. Н.С. Курнакова Ран (Ионх Ран) | Способ переработки отходов полиэтилентерефталата в порошкообразный продукт |
WO2015190941A1 (en) * | 2014-06-10 | 2015-12-17 | RS PET Spółka z o.o. | Method of polyethylene terephthalate pet waste recycling |
RU2616299C1 (ru) * | 2016-05-19 | 2017-04-14 | Общество с ограниченной ответственностью "ХИМТЕХ-ИНЖИНИРИНГ" | Способ щелочного гидролиза отходов ПЭТФ с получением терефталевой кислоты |
RU2724893C1 (ru) * | 2020-02-11 | 2020-06-26 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН (ИФХЭ РАН) | Способ получения терефталевой кислоты из отходов полиэтилентерефталата |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ИШАЛИНА О.В. и др. Анализ методов переработки отходов полиэтилентерефталата. Промышленное производство и использование эластомеров, N3, 2015, с. 39-48. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Li et al. | A sustainable approach for lignin valorization by heterogeneous photocatalysis | |
JP5770162B2 (ja) | 加水分解によるplaのケミカルリサイクル | |
CN113498408B (zh) | 塑料材料降解为对苯二甲酸(tpa)、乙二醇和/或形成该塑料材料的其他单体 | |
CN102092904B (zh) | 过氧化二苯甲酰生产废水处理和资源化工艺 | |
Garcia et al. | Photocatalytic degradation of swine wastewater on aqueous TiO2 suspensions: optimization and modeling via Box-Behnken design | |
Maroa et al. | A review of sustainable biodiesel production using biomass derived heterogeneous catalysts | |
CN105452474A (zh) | 改质工艺物流 | |
US11359068B2 (en) | Enzymatic process for depolymerization of post-consumer poly(ethylene terephthalate) by a glycolysis reaction, process for recycling post-consumer poly(ethylene terephthalate), and recycled poly(ethylene terephthalate) | |
RU2797584C1 (ru) | Способ переработки полиэтилентерефталата | |
JP2023507275A (ja) | ビス(2-ヒドロキシエチル)テレフタレートの精製方法の製造方法 | |
CN101033310A (zh) | 可降解塑料专用料的制备 | |
CN111701587A (zh) | 一种核壳结构催化-光催化复合材料及其制备方法和应用 | |
CN111068788B (zh) | TiO2纳米复合光催化剂及其制备方法与应用 | |
CN106753504B (zh) | 一种生物质液化生产液体燃料的方法 | |
Gomes et al. | Bioenergy production from agro-industrial wastewater using advanced oxidation processes as pre-Treatment | |
CN109575404A (zh) | 一种可快速光催化降解的复合塑料 | |
CN108251467B (zh) | 一种光催化氧化提高天然木质纤维素酶解效率的方法 | |
Mendieta et al. | Bio-polyethylene furanoate (Bio-PEF) from lignocellulosic biomass adapted to the circular bioeconomy | |
TWI730960B (zh) | 聚酯樹脂之製造方法 | |
CN109569442B (zh) | 一种将催化臭氧氧化法用于木醋液脱色并制备醋酸钙镁盐的方法 | |
CN210159238U (zh) | 一种餐厨废油回收系统 | |
CN101947469B (zh) | 一种可降解有机污染物的可见光催化剂及其应用 | |
TWI805275B (zh) | 一種以光重整製造氫的方法 | |
CN106587323B (zh) | 一种光催化体系及降解木素的方法 | |
CN109082446B (zh) | 一种光催化预处理提高稻草厌氧消化产气性能的方法 |