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超临界反应技术在废旧塑料回收再生利用方面的应用
发布时间:2016-11-30        浏览次数:271        返回列表
超临界反应技术在废旧塑料回收再生利用方面的应用

  提要本文介绍了各种废旧塑料在超临界流体中的化学分解反应过程分析并比较了以超临界流体为介质分解废旧塑料与常规分解方法的优缺点,为废旧塑料,尤其是缩聚型废旧塑料的处理及回收再生利用指明了一条上海市曙光资助项目编号98SG12我国废旧塑料对生活环境的污染已构成严重的社会问题,这在一定程度上也限制了塑料工业的进一步发展。据统计,1997年我国塑料制品产量已超过700万t居亚洲第一位,世界第四位。按照使用一定周期后,废旧塑料的产生量约为其当年产量的70%计算,我国年废旧塑料量约为490万t.由于塑料不易分解解造成了大量的固体废弃物,即为人们通常所说的“白色污染”。因此,对废旧塑料回收再生利用技术的研究与开发已成为塑料工业继续发展的迫切要求。

  为了解决“白色污染”问题和有效地利用资源,人类在废旧塑料的回收利用方面进行了多年努力,提出了直接再生、改性再生、热分解和焚烧等方法进行了以超临界水为溶剂,快速分解PET和回收单体对苯二甲酸的:从图中可以看出,反应进行1min后,PET分解率为50%反应时间为2min时,PET分解率已达95%5min后,PET达到完全分解;单体对苯二甲酸(PTA)的回收率随反应时间增长而增加,当t=12.5min时,回收率达91%;乙二醇(EG)的收率在反应开始时随反应时间的增长而增加,在t=5min时达到最大,回收率为20%此后逐渐减少;低聚物生成量在反应开始阶段显著增加,2min后急剧下降。

  超临界水能够不用任何催化剂、将PET迅速分解成单体,但乙二醇收率很低,反应条件较为苛刻(温度和压力较高)、实行连续化操作对设备要求较高等缺点,离大规模地实际应用尚有很大一段距离。

  21.2聚苯乙烯泡沫的超临界水降解陈克宇等聚氨酯是由二异氰酸酯和多元醇反应生成的高聚物,是一种应用广泛的工程塑料。目前工业化技术是用乙二醇法常温常压下将聚氨酯分解,回收多元醇。但是,该法存在反应时间长,需要用催化剂,且产物和催化剂分离较难等问题。在超临界水中聚氨酯水解能够克服以上缺点。

  聚氨酯分解反应式如下:7―压力显示器;8―阀从图中可以看出,随反应时间的增加,产物的分子量显著下降,当,>ih后,分子量下降速度缓慢;从图中还可以看出,添加剂能促进降解反应。

  在相同温度和时间条件下,随添加剂量的加大,Mn值降低,即聚合物单体化的比率增大。如在t=1h时,无任何添加剂,添加剂量为5%,添加剂量为10%时,Mn值分别为9555,1113,973.但添加剂量增加1倍(从5%增加到10%)Mn值并未增加1倍。

  采用气相色谱对产物进行分析可知,油状的分解产物为苯的衍生物,从甲苯、乙苯、丙苯直到四连苯等化合物。

  产物中的二元胺是二异氰酸酯合成过程中的中间原料,可作为再次合成聚氨酯的原料使用。多元醇也可回收再利用。

  °C附近几乎完全分解,二元胺和多元醇的收率在270~320°C之间接近100%.320°C以上,回收率有所降低,这是由于温度过高导致多元醇的二次分解,二元胺脱氨水生成二元酚引起的。

  基于这样的结果,可设想用超临界水分解聚氨酯具体工艺流程如所示:二元胺该流程由反应、蒸馏、脱水三个部分组成。废旧聚氨酯由塔底加入反应器A,与来自水槽D的超临界水混合反应,气态产物从塔顶蒸出,进入脱水塔B经脱水后,送入蒸馏塔C分离。从塔顶出来的为二元胺,塔底产品为多元醇混合物。

  1.4尼龙6的超临界水分解X100加入反应器的PET PET重复单元的分子量EG收率= EG靡尔救X2X加入反应器的PET「gl中所含相同组分的和。当PET分解完全时,PET残存率应为0,而DMT及EG收率分别应为80%和20%.由于反应所得气相体积很小,可忽略不计;由于降解温度只有573IK降解产物的二次分解得到抑制,因此,PET残存率+EG收率+EMT收率=100%.显示了各物质回收率与压力的关系。

  反应压力/MPa压力对分解产物收率的影响(温度573K)MT收率;EG收率;□未反应的PET从可以看出当反应压力为8MPa左右时,PET达到完全分解DMT和EG产率分别为80%和20%.而后,佐古猛等人考察了低聚物含量与压力的关系,结果表明:当反应压力为10~25MPa时,低聚物收率变化不大。对DMT来说,在单体中的含量约为40%~50%;对EG来说,在单体中的含量约为50%~55%.该低聚物不溶于甲醇中,用过滤法将其与液相分离后,在空气浴(50°C)中加热除去残留的甲醇然后加入NaOH溶液使该低聚物水解,生成对苯二甲酸、甲醇及乙二醇,可分别回收再利用。

  与超临界水比较,在超临界甲醇中PET分解反应速度快,反应条件适中,气体和热解产物几乎不产生,因此,作为今后工业应用中PET回收再利用方法是非常合适的。

  3超临界流体技术分解塑料与常规化学分解方法的比较以PET塑料的分解为例,对超临界流体分解和常规化学分解方法进行比较,包括使用的溶剂、操作温度和压力、反应时间、催化剂、分解产物、回收率以及工业应用情况等方面。

  表1PET分解方法的比较「1016溶剂催化剂单体形式单体回收率应用情况SCF甲醇无实验研究无实验研究液体甲醇醋酸锌等已工业化液体乙二醇醋酸锌等MHET(对苯二甲酸双羟基乙酯)液体油已工业化从表1可以看出,超临界流体分解废旧塑料具有如下优点:分解反应程度高,可以直接地获得原单体化合物;反应速度较快,大大地提高了该过程的生产效率;这类反应过程几乎不用催化剂,易于反应后产物的分离操作。

  4前景与展望利用超临界流体作为反应媒介,能在短时间内、高效率地分解各种废旧塑料,这一点已被越来越多的研究者意识到。目前,这项技术尚处于探索阶段,还有大量的理论和实际问题亟待解决,包括:超临界流体条件下热力学基础数据的测定,如平衡常数、相互作用参数和状态方程等;化学反应动力学的测定,如反应机理、动力学方程和各种影响因素等;反应器设计和材料的选择;反应后单体产物的分离方案和整个工艺的设计;随着高分子材料工业的发展,石油资源的危机以及人类环保意识的增强,这项技术必将受到各国政府的高度重视,将成为解决“白色污染”的一种有效和实用的工业技术。