一种天然气水合物协同PET类塑料转化制备单环芳烃的方法技术

本发明专利技术公开了一种天然气水合物协同PET类塑料转化制备单环芳烃的方法。该方法，包括以下步骤：1)以二氧化钛作为载体，采用等体积浸渍法负载Pt、Ni双金属，干燥后煅烧，随后在H2/N2混合气气氛下对其进行活化，制得催化剂；2)将天然气水合物、PET类塑料与步骤1)中制备的催化剂置于反应容器中，再加入去离子水搅拌加热进行反应，自然冷却后萃取有机相获得单环芳烃，并回收固体催化剂。本发明专利技术采用一步法，实现了PET解聚、加氢脱氧和天然气水合物的重整的协同耦合，氢气、PET单体等中间产物在反应过程中被原位消耗，促进了化学平衡的前移，大大提高了化学品的制备效率。高了化学品的制备效率。高了化学品的制备效率。

【技术实现步骤摘要】
一种天然气水合物协同PET类塑料转化制备单环芳烃的方法


[0001]本专利技术涉及废弃物处理
，尤其涉及一种天然气水合物协同PET类塑料转化制备单环芳烃的方法。

技术介绍

[0002]近些年，随着能源危机和温室效应的加剧，人们致力于寻找各种新型能源及能源替代品。天然气水合物主要成分为甲烷、水、少量的短链烃和微量非烃气体分子，理论上一体积水可容纳160～170标准体积甲烷，具有极高的能量密度。据估算，全球天然气水合物资源量可达2.1
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m3，是传统化石燃料的两倍。尽管天然气水合物是一种清洁能源，但直接燃烧释放的二氧化碳不利于“双碳”目标的实现，此外甲烷本身产生的温室效应是二氧化碳的25倍，因此对于天然气水合物的合理利用十分重要。聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)广泛应用于食品包装、塑料薄膜等领域，我国每年有大量的PET类废弃塑料未得到妥善处置，造成了严重的资源浪费与环境污染。目前我国对于PET类塑料回收主要以物理回收为主，但该种回收法会导致塑料机械性能和分子量的降低及一些有害添加剂的排出。近年来，因PET类塑料自带苯环结构，因此采用催化转化方式将PET类塑料转化为高值化学品逐步成为研究热点。

技术实现思路

[0003]本专利技术解决了现有技术存在的上述问题，本专利技术的目的是提供一种天然气水合物协同PET类塑料转化制备单环芳烃的方法，本专利技术利用天然气水合物中丰富的氢源，在催化剂作用下对PET解聚单体进行加氢脱氧制备单环芳烃，在避免甲烷直接燃烧造成资源浪费的同时也对废塑料进行了无害化和资源化利用。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种天然气水合物协同PET类塑料转化制备单环芳烃的方法，包括以下步骤：
[0005]1)以二氧化钛作为载体，采用等体积浸渍法负载Pt、Ni双金属，干燥后煅烧，随后在H2/N2混合气气氛下对其进行活化，制得固体催化剂Pt
x
Ni
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/TiO2，x＝1～10；
[0006]2)将天然气水合物、PET类塑料与步骤1)中制备的固体催化剂置于反应容器中，再加入去离子水搅拌加热进行反应，自然冷却后萃取有机相获得单环芳烃，并回收固体催化剂。
[0007]本专利技术利用天然气水合物中的丰富氢源，采用一步法同时催化天然气水合物重整制氢，PET的水相解聚与PET单体原位加氢脱氧制备单环芳烃同时进行，实现了天然气水合物和废塑料的高效资源化利用。本专利技术提出的二氧化钛为锐钛相。
[0008]优选地，步骤(1)所述的等体积浸渍法负载Pt、Ni双金属的具体步骤为：将Pt(NO3)3(粉末，58％Pt)和Ni(NO3)2·
6H2O与TiO2载体混合加入去离子水至溶液刚好饱和，搅拌混合1.5～2.5h。催化剂Pt
x
Ni
20
/TiO2，x＝5～10。
[0009]优选地，步骤(1)所述的煅烧温度为350℃～650℃，煅烧时间为2～4h。进一步优
选，以10℃/min的升温速率从室温升至350℃～650℃。
[0010]优选地，步骤(1)所述的H2/N2混合气的H2含量为5％～20％，活化温度为350℃～650℃，活化时间为2～4h。进一步优选，H2/N2混合气的H2含量为10％，以10℃/min的升温速率从室温升至350℃～650℃，再进一步优选，以10℃/min的升温速率从室温升至450℃，活化时间(保温时间)为3h。
[0011]优选地，步骤(2)所述的天然气水合物与PET类塑料的质量比为3:2～20:1，PET类塑料与催化剂的质量比为0.2:1～1:1。进一步优选，天然气水合物与PET类塑料的质量比为10:1；PET类塑料与催化剂的质量比为0.5:1。
[0012]优选地，步骤(2)所述的去离子水中PET类塑料的质量浓度为0.01～0.1g/mL。进一步优选，去离子水中PET类塑料的质量浓度为0.01g/mL。
[0013]优选地，步骤(2)所述的天然气水合物中甲烷与水含量为88～93wt.％。
[0014]优选地，步骤(2)所述的PET类塑料选自废旧矿泉水瓶、PET粉末、感光胶片及元件外壳中的一种。
[0015]优选地，步骤(2)所述的搅拌速率为600～1000rpm，反应温度为250℃～400℃，反应时间为3～12h。
[0016]优选地，步骤(2)所述的单环芳烃为苯、甲苯及对二甲苯中的一种以上。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0018]1)本专利技术采用一步法，实现了PET解聚、加氢脱氧和天然气水合物的重整的协同耦合，氢气、PET单体等中间产物在反应过程中被原位消耗，促进了化学平衡的前移，大大提高了化学品的制备效率；
[0019]2)本专利技术利用天然气水合物中的甲烷作为氢供体避免了氢气等昂贵还原剂的使用，降低了生产和应用成本；
[0020]3)本专利技术同时为PET类塑料提供了一种新型的无害化与资源化处置方式，具有良好的环境效益。
附图说明
[0021]图1是实施例1的产物表征图谱。
具体实施方式
[0022]以下实施例是对本专利技术的进一步说明，而不是对本专利技术的限制。除特别说明，本专利技术使用的设备为本
常规市购产品。天然气水合物中甲烷与水含量为88～93wt.％，下述实施例中优选甲烷与水含量为90wt.％。
[0023]实施例1
[0024]将锐钛相二氧化钛、Pt(NO3)3粉末、Ni(NO3)2·
6H2O混合，二氧化钛与Pt的质量比为5:1，二氧化钛与Ni的质量比为20:1，并加入适量水至刚好饱和，室温搅拌2h后80℃真空干燥12h，研磨后在空气气氛350℃下煅烧3h，升温速率为10℃/min，随后将其在H2/N2混合气(10％H2)氛围下350℃活化3h制得催化剂。
[0025]将天然气水合物(0.5g)、矿泉水瓶(0.1g)与催化剂(0.1g)置于反应釜中并加入10mL去离子水，350℃搅拌(600rpm)反应6h，升温速率为5℃/min，冷却后用1,4
‑
二氧六环萃
取有机相产物并通过气相色谱
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质谱联用仪进行定性分析与定量检测(安捷伦7890A Gas Chromatograph
‑
5975C Mass Spectrometer，色谱柱Agilent J&W DB
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1701，下同)，产物色谱图参见图1。计算得到苯、甲苯、对二甲苯及单环芳烃产率分别为5.22％、22.36％、25.44％、53.02％，参见表1。
[0026]对比例1
[0027]与实施例1相同，不同之处在于：将矿泉水瓶(0.1g)与催化剂按质量比1:1的条件置于反应釜中并加入10mL去离子水，350℃搅拌(600rpm)反应6h，升温速率为5℃/min，冷却后用1,4
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种天然气水合物协同PET类塑料转化制备单环芳烃的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)以二氧化钛作为载体，采用等体积浸渍法负载Pt、Ni双金属，干燥后煅烧，随后在H2/N2混合气气氛下对其进行活化，制得固体催化剂Pt
x
Ni
20
/TiO2，x＝1～10；2)将天然气水合物、PET类塑料与步骤1)中制备的固体催化剂置于反应容器中，再加入去离子水搅拌加热进行反应，自然冷却后萃取有机相获得单环芳烃，并回收固体催化剂。2.根据权利要求1所述的天然气水合物协同PET类塑料转化制备单环芳烃的方法，其特征在于，步骤(1)所述的等体积浸渍法负载Pt、Ni双金属的具体步骤为：将Pt(NO3)3和Ni(NO3)2·
6H2O与TiO2载体混合加入去离子水至溶液刚好饱和，搅拌混合1.5～2.5h。3.根据权利要求1或2所述的天然气水合物协同PET类塑料转化制备单环芳烃的方法，其特征在于，步骤(1)所述的煅烧温度为350℃～650℃，煅烧时间为2～4h。4.根据权利要求1或2所述的天然气水合物协同PET类塑料转化制备单环芳烃的方法，其特征在于，步骤(1)所述的H2/N2混合气的H2含量为5％～20％，活化温度为350℃～650℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁浩然，刘慧宇，张军，顾菁，陈勇，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：