【技术实现步骤摘要】
：本专利技术涉及废弃塑料的回收利用，具体涉及一种塑料基固体酸催化剂及其定向催化解聚生物质的方法。
技术介绍
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技术介绍
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1、化石能源作为一种有限的战略性资源，在过去很长的一段时间为经济社会高速发展提供动能的同时，也给自然生态环境带来严重的损坏。因此，探索开发清洁高效的可再生能源具有长远的现实意义。
2、生物质能是指利用光合作用而形成的各种有机体，生物质能是以太阳能形式存储在生物质中的能量形式，它一直是人类赖以生存的重要能源之一，是仅次于煤炭、石油和天然气之后的第四大能源，在整个能源系统中具有重要地位。燃料乙醇是当下全球范围内运用最为广泛的生物质衍生能源之一，可由生物质催化转化制备。木质纤维素类生物质是生物质资源中重要的一类，由半纤维素、纤维素和木质素组成。木质纤维素中的半纤维和纤维素经过分级降解可转化为可发酵糖，再经过酵母发酵产生燃料乙醇。如何实现木质纤维素类生物质原料绿色、高效、低能耗地定向解聚制备可发酵糖，这是整个工艺技术亟待解决的的关键问题。
3、固体酸催化剂是一种重要的化工催化剂，在行业中广泛使用，但是在木质纤维素类生物质分级解聚过程中的应用还较少。专利技术人前期已开发了多种碳基固体酸，诸如专利zl201110126178.7、zl201610624249.9、zl201610623755.6和cn108855135a中所公开。专利技术人所开发的碳基固体酸催化剂具有较好的半纤维素催化活性以及木糖选择性，在水相中可以实现半纤维素向木糖的定向解聚转化。所开发的碳基固体酸催化剂是以生物质
4、废弃塑料(主要包括聚乙烯(pe)、聚氯乙烯(pvc)、聚苯乙烯(ps)、聚丙烯(pp)等)数量巨大且难以降解，目前我国已成为全球塑料生产和消费第一大国，每年需要处理的废弃塑料达到3300万吨，尤其随着快递和外买等业务的发展，废弃塑料的处置需求日趋紧迫。同样，废弃塑料作为一种重要的可再生资源，具有很高的循环利用价值，其是具有循环含碳分子式、且结构较为致密的高分子化合物。除具有碳骨架，往往还掺杂其他官能团，如含氯官能团(pvc)。因此，利用废弃塑料制备固体酸催化剂，可有效避免碳基固体酸应用于木质纤维素解聚的缺点，同时，废塑料回收利用也符合双碳目标，对拓展废弃塑料的高值化利用具有重要意义。cn112156811a公开使用氯甲基聚苯乙烯拆解生物质，效果良好，但原料昂贵，而且得到的固体酸活性基团相对单一，不能完全适用于不同类别的生物质如禾本科、软木、硬木等。cn114590881a公开利用固体酸催化剂水解降解废水中大环内酯类抗生素的方法，也存在活性基团单一的问题，且其在制作过程中需要溶胀步骤，过程相对繁琐。亟待解决该问题。
技术实现思路
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技术实现思路
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1、本专利技术解决了现有技术存在的问题，提供一种塑料基固体酸催化剂及其定向催化解聚生物质的方法，本专利技术利用生物质中纤维素和半纤维素水解难易程度的不同，先在较为温和的反应条件下，利用固体酸对生物质原料中的半纤维素成分进行充分水解；然后过滤掉其中的水解液，重新加入水作进一步水解纤维素的反应液，提高反应强度，对生物质原料中纤维素进行充分水解，通过两步水解反应分别得到富含木糖和葡萄糖的水解液。
2、本专利技术的目的是提供一种塑料基固体酸催化剂的制备方法，包括如下步骤：将预处理后的废弃塑料与浓硫酸加入反应容器中进行磺化反应，所述的废弃塑料选自聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯中的两种及以上，待反应结束后，对得到的固体产物和反应液进行分离，固体产物经洗涤干燥得到含有-so3h、-cl、-oh和-cooh等基团的塑料基固体酸催化剂。
3、本专利技术提出的反应容器为带有聚四氟乙烯内衬的压力反应釜；废弃塑料与浓硫酸的磺化过程使用的浓硫酸在回收后可重复使用，浓硫酸(98％，w/w)可使用4-5次。
4、优选地，所述的废弃塑料为聚苯乙烯与聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯的混合物。
5、进一步优选，聚苯乙烯与聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯的质量比为1:1-5。
6、不同种类的废弃塑料可单独与浓硫酸混合后磺化，也可按质量比混合后与浓硫酸混合后磺化。磺化反应结束后冷却，回收浓硫酸并分离出固体粉末，随后用去离子水对固体粉末进行清洗直至检测清洗液显中性为止，最后将固体粉末置于105℃的烘箱干燥12h后收集，得到塑料基固体酸催化剂，备用。
7、优选地，预处理后的废弃塑料的预处理步骤是：对废弃塑料进行清洗干燥，然后进行破碎筛分处理，控制筛分目数在100-150目之间，再次进行水洗干燥，得到废弃塑料粉末。
8、优选地，废弃塑料总质量与浓硫酸的质量体积比为1:5-20kg/l，磺化反应温度为120℃-180℃，反应时间为0.5-6h。
9、本专利技术还保护上述制备方法得到的塑料基固体酸催化剂。
10、本专利技术还保护一种塑料基固体酸催化剂定向催化解聚生物质的方法，包括如下步骤：
11、(1)催化剂水解预处理：将木质纤维原料与所述的塑料基固体酸催化剂混合并加水作为溶剂置于反应容器中，进行加热反应，待反应结束后分离得到第一固体残渣和含有木糖的预处理液；
12、(2)二阶水解：向步骤(1)分离得到的第一固体残渣的反应器中重新补充水，再次进行加热反应，待反应结束后分离得到第二固体残渣和含有葡萄糖的第二水解液。
13、本专利技术首次利用廉价废弃塑料通过一步磺化制备含磺酸基团等多种官能团的固体酸催化剂，将该催化剂应用于生物质产糖，目标产物木糖和葡萄糖获得高产率。
14、木质纤维原料的粒径为0.1-1.0mm，木质纤维原料选自农业处理废弃物，木材加工废弃物和能源草本植物中的一种以上，农业处理废弃物包括玉米芯、小麦秸秆和甘蔗渣，木材加工废弃物包括杨木屑、桉木屑和松木屑，能源草本植物包括狼尾草和芒草。
15、第一固体残渣包括木质纤维素固体残渣和塑料基固体酸催化剂，第二固体残渣包括少量木质纤维素残渣和塑料基固体酸催化剂。步骤(2)中补充的水量与步骤(1)一致。
16、优选地，步骤(1)所述的木质纤维原料与塑料基固体酸催化剂的质量比为1-4:1，木质纤维原料与水的质量体积比为1:10-40kg/l。
17、优选地，步骤(1)所述的加热反应条件为：反应温度110℃-160℃，反应时间10-180min。
18、优选地，步骤(2)所述的加热反应条件为：反应温度160℃-190℃，反应时间1-6h。
19、本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：
20、1、本专利技术提出了一种废弃塑料回收利用的新途径：利用废弃塑料制备用于木质纤维素生物质水解处理的塑料基固体酸催化剂。
21、2本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种塑料基固体酸催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将预处理后的废弃塑料与浓硫酸加入反应容器中进行磺化反应，所述的废弃塑料选自聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯中的两种及以上，待反应结束后，对得到的固体产物和反应液进行分离，固体产物经洗涤干燥得到含有-SO3H、-Cl、-OH和-COOH基团的塑料基固体酸催化剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的废弃塑料为聚苯乙烯与聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯的混合物。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的聚苯乙烯与聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯的质量比为1:1-5。
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，预处理后的废弃塑料的预处理步骤是：对废弃塑料进行清洗干燥，然后进行破碎筛分处理，控制筛分目数在100-150目之间，再次进行水洗干燥，得到废弃塑料粉末。
5.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，废弃塑料总质量与浓硫酸的质量体积比为1:5-20kg/L，磺化反应温度为120℃-180℃，反应时间为0.5-6h。
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7.一种塑料基固体酸催化剂定向催化解聚生物质的方法，其特征在于，包括如下步骤：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述的木质纤维原料与塑料基固体酸催化剂的质量比为1-4:1，木质纤维原料与水的质量体积比为1:10-40kg/L。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述的加热反应条件为：反应温度110℃-160℃，反应时间10-180min。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述的加热反应条件为：反应温度160℃-190℃，反应时间1-6h。
...【技术特征摘要】
1.一种塑料基固体酸催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将预处理后的废弃塑料与浓硫酸加入反应容器中进行磺化反应，所述的废弃塑料选自聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯中的两种及以上，待反应结束后，对得到的固体产物和反应液进行分离，固体产物经洗涤干燥得到含有-so3h、-cl、-oh和-cooh基团的塑料基固体酸催化剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的废弃塑料为聚苯乙烯与聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯的混合物。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的聚苯乙烯与聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯的质量比为1:1-5。
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，预处理后的废弃塑料的预处理步骤是：对废弃塑料进行清洗干燥，然后进行破碎筛分处理，控制筛分目数在100-150目之间，再次进行水洗干燥，得到废弃塑料粉末。
...【专利技术属性】
技术研发人员：亓伟，陈阳，王琼，王闻，梁翠谊，胡云子，王忠铭，
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：
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