PET废塑料绿色降解制备催化电极的方法及其应用
本发明属于废旧pet塑料回收利用，具体涉及一种pet废塑料绿色降解制备催化电极的方法及其应用。
背景技术：
1、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)是一种通过对苯二甲酸(tpa)与乙二醇(eg)脱水缩合反应合成的高聚物，年产量高达7000万吨，由于其优异的物理化学性能，pet广泛应用于包装材料和纺织品领域。然而，pet塑料产品的回收率仅约为20％，大部分都被填埋或丢弃，这不仅导致环境污染，还造成了大量碳资源的浪费。目前常用的方法有物理回收，其回收法对废旧pet的纯度要求高，且存在回收产品质量降级等问题。化学回收方法指pet解聚反应能够在特定条件下将pet完全解聚为单体对苯二甲酸(tpa)和乙二醇(eg)，但常见的方法如水解法、醇解法和糖解法，存在设备腐蚀、高成本和产物纯度低等问题。
2、近年来，由于可再生电力和温和的操作条件，电催化升级为废旧pet升级回收方法引起了广泛关注。其基本原理是在碱性条件下将pet解聚得到对苯二甲酸盐和乙二醇，再将碱性乙二醇溶液作为电解质，在催化剂的作用下进行电化学重整，将eg氧化成甲酸盐、乙醇酸盐和草酸盐等高价值化学品。例如，清华大学段昊泓团队通过构筑过渡金属磷化物(coni0.25p/nf)作为双功能催化剂，实现了废旧pet塑料的升级回收，生成高附加值的tpa、二甲酸钾(kdf)和h2燃料。然而，当前的研究主要关注于对源自废旧pet塑料解聚单体eg的升级利用，但对另一重要解聚单体tpa的升级利用研究相对较少。事实上，tpa是mil-101、uio-66和mof-5等金属有机框架材料(mof)合成中常见的有机配体。mof是一类具有高比表面积、高孔隙率和结构可设计性的结晶性多孔材料，作为新型电催化剂展现出巨大的发展潜力。
3、用pet塑料作为配体源构筑mof通常涉及繁琐的解聚、提纯和溶剂法，此外，溶剂热法需要使用有毒的有机溶剂(如dmf、三乙胺等)。因此，开发一种工艺简单、无有机溶剂参与的绿色方法将废旧pet塑料转化为功能性mof材料具有重要的现实意义。
技术实现思路
1、本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供的一种通过绿色的碱解方式对废旧pet废塑料降解合成高性能的金属-有机框架催化电极，降低环境污染完成pet废塑升级回收的同时，实现对乙二醇的电催化并升级为高附加值的产品。
2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：通过绿色的溶剂热将pet废塑料降解制备金属-有机框架/nf直接作为工作电极，以hgo/hg作为参比电极，铂片电极作为对电极构成三电极体系在h型电解槽实现催化乙二醇电氧化反应。废旧pet的绿色分解及乙二醇的高值化回收方法具体步骤如下：
3、(1)将金属盐溶解于去离子水中形成初始溶液；
4、金属盐选用六水合硝酸钴、六水合硝酸镍、七水合硫酸亚铁、六水合三氯化铁、氯化钴、硝酸铜、硝酸锌中的至少一种；金属盐的加入量为0.5～2mmol。
5、(2)碱性物质与初始溶液混匀形成理想介质；
6、碱性物质可包括氢氧化钠，碳酸钠，碳酸氢钠，氨水等，碱性物质的加入量为0.1～3mmol。
7、(3)将预处理过的泡沫镍作为支撑基底，同时将pet废塑料置于溶液中进行水热反应；在泡沫镍表面原位生长出了富含金属离子的mof催化材料；
8、pet废塑料为薄膜片或涤纶材料中的一种；pet废塑料加入量为0.1～0.5g。
9、泡沫镍nf使用前应先在丙酮、盐酸、乙醇中超声清洗，以除去表面的油污和氧化物，否则会导致材料无法均匀生长在nf的表面；
10、水热反应的温度为160～180℃，反应时间为12～36h。
11、(4)完成反应后，对富含金属离子的mof催化材料进行洗涤和干燥，最终获得催化电极。
12、上述方法制备的金属-有机框架催化电极作为工作电极用于催化乙二醇电氧化反应。
13、电解反应体系进行电解时，施加的电解槽电压范围为0.8～2v。
14、电解液为碱性溶液加乙二醇的混合溶液，碱溶液包括koh；优选碱溶液浓度为1～1.5m，优选乙二醇溶液浓度为0.1～0.5m。
15、有益效果：通过采用绿色且简单的一步水热合成法，在泡沫镍基底上直接利用废弃的pet塑料与廉价金属盐合成了高效的乙二醇电氧化工作电极。这一方法不仅解决了传统回收pet塑料存在的问题，实现了“变废为宝”的理念——即通过将分解得到的对苯二甲酸与金属盐反应生成mof(金属有机框架)材料；而且这种mof材料能显著降低乙二醇电氧化的过电位，同时产生具有高附加值的产品，对于推动可持续发展具有重要意义。
技术特征：
1.一种pet废塑料绿色降解制备催化电极的方法，其特征在于，所述方法步骤如下：
2.如权利要求1所述的pet废塑料绿色降解制备催化电极的方法，其特征在于，所述金属盐为六水合硝酸钴、六水合硝酸镍、七水合硫酸亚铁、六水合三氯化铁、氯化钴、硝酸铜、硝酸锌中的至少一种；碱性试剂为氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氨水nh3·h2o中的至少一种。
3.如权利要求1所述的pet废塑料绿色降解制备催化电极的方法，其特征在于，所述pet废塑料为薄膜片或涤纶材料中的一种。
4.如权利要求1所述的pet废塑料绿色降解制备催化电极的方法，其特征在于，所述pet废塑料的使用量为0.1～0.5g；金属盐加入量为0.1～2mmol，碱性物质的加入量为0.1～3mmol。
5.如权利要求1所述的pet废塑料绿色降解制备催化电极的方法，其特征在于，所述水热反应的温度为160～180℃，反应时间为12～36h。
6.一种如权利要求1-5任一项所述方法制备的催化电极。
7.一种如权利要求1-5任一项所述方法制备的催化电极的应用，其特征在于，所述催化电极用于催化乙二醇电氧化反应。
8.如权利要求7所述的催化电极的应用，其特征在于，所述催化乙二醇电氧化反应时，施加的电解槽电压范围为0.8～2v。
9.如权利要求7所述的催化电极的应用，其特征在于，所述催化乙二醇电氧化反应时，电解液为碱性溶液加乙二醇，碱性溶液的浓度为1～1.5m，乙二醇溶液的浓度为0.1～0.5m。
技术总结
本发明属于废旧PET塑料回收利用技术领域，具体涉及一种PET废塑料绿色降解制备催化电极的方法及其应用。将金属盐溶解于纯净的去离子水中，配制成初始溶液。在初始溶液中加入氢氧化钠固体，制备出反应介质。将经过预处理的泡沫镍作为支撑基底，与废PET塑料片一同浸入到反应介质中，在设定的条件下进行水热反应，PET完全解聚，而泡沫镍表面则原位生长出了富含金属离子的MOF催化材料。完成反应后，对MOF催化电极进行洗涤和干燥，最终获得的催化材料不仅能够直接用作工作电极，还能显著提升乙二醇电氧化过程的效率，从而实现乙二醇的升级回收，开辟了废旧PET资源化利用的新路径。
技术研发人员：刘平,李佳乐,金刘君
受保护的技术使用者：常州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5