一种聚酯类塑料回收转化为插层层状高熵水滑石用于高效光催化CO2还原的方法

本发明涉及塑料化学回收升级转换精细化工品领域，特别涉及一种聚酯类塑料回收转化为插层层状高熵水滑石用于高效光催化co2还原的方法。

背景技术：

1、塑料是一种广泛应用于包装、建筑、汽车、电子等领域的材料，由于其大量使用和处理不当，塑料垃圾在环境中的积累问题日益严重，造成严重的环境污染和资源浪费。传统的塑料处理方法包括填埋及焚烧，不利于环境保护。传统物理回收的方式虽然有一定的应用空间，但受到经济效益和回收品塑料性能降级的限制。相比之下，通过化学回收技术实现废弃塑料资源的有效利用备受关注。塑料的化学回收指通过化学方法如水解、酯交换等重新获取单体或将其转化为高附加值的化学品或精细化工品材料。

2、相比于传统的物理回收和焚烧填埋处理方法，化学回收可以实现废塑料的高效转化和资源化利用，减少对环境的负面影响。在众多塑料中，聚酯类塑料如聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚乳酸(pla)、聚对苯二甲酸丁二酯(pbt)等被广泛应用，其聚合物主链具有易断裂的酯键，相比其他塑料常被作为化学回收的对象。目前醇解、酸碱水解等方法被人们深入开发研究，例如pla在高温高压下可水解为乳酸，pet可被碱水解(naoh或koh)为对苯二甲酸二钠/钾和乙二醇。但该类方法都存在产物在溶液中分离困难的问题，更重要的是反应过程中需要使用大量的碱，且产生大量的无机废水，无论是经济成本还是污染友好性方面考量，都限制了该类方法的商业应用发展。因此，开发新型的废塑料回收方法相当必要。

3、层状双金属氢氧化物(ldhs)，即水滑石，是由带正电荷的阳离子层与层间阴离子通过静电相互作用形成，其通式为[m1-x2+mx3+(oh)2]x+(ax/nn-)·mh2o，其中m2+(如mg2+、ca2+、mn2+、fe2+、co2+、ni2+、cu2+、zn2+等)和m3+(fe3+、al3+、ce3+等)分别为二价和三价金属阳离子，an-为层间阴离子，包括无机阴离子(cl-、no3-、co32-)及有机阴离子如氨基酸根、杂多酸根、乳酸根(la)等。由于其层板离子可调变性和层间阴离子可交换性，ldhs应用非常广泛，在吸附、分离、催化、能源存储以及生物医药等领域均被广泛研究。由于水滑石层板阴离子可交换性，许多有机酸离子可以插层到ldhs层间，进而可以调变物化性能和扩展水滑石的应用范围。例如，插层ldhs可作为吸附剂提升污水中有机污染物或重金属的捕捉能力；插层ldhs作为光催化剂通过阴离子和层板金属相互作用提升电子空穴分离能力，进而提升光催化效率；插层ldhs作为药物载体通过层间阴离子的调控可以传递药物分子的释放速率，达到药物缓释的目的。目前，ldhs通常可通过水热法、阴离子交换法、共沉淀法合成，但是以上方法主要是针对无机阴离子，相比之下，有机阴离子因为分子链较长且价格相对较贵，不论是工艺上还是成本上都限制了其实际应用，亟需设计新型的有机阴离子合成方法。

4、此外，目前合成的ldhs主要是双金属或者三金属基ldhs，相比之下，多金属甚至高熵ldhs的研究报道依然比较少见。近年来高熵材料因为其特色的鸡尾酒效应在众多领域展现出重要的优异性能，因而，设计合成新型的高熵插层ldhs有望推动高熵水滑石的进一步研究，扩展其应用前景。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种聚酯类塑料回收转化为插层层状高熵水滑石用于高效光催化co2还原的方法。本发明将高熵ldhs用于光催化co2还原，由于高熵ldhs的层间阴离子使得层间距扩展，可以有效吸附co2和加速传质性能；同时ldhs中多金属引起的高熵效应有效地促进了电子空穴的传递，促进了光催化co2为ch4和co的转化效率，性能优势明显。整个过程相比于传统塑料回收方法，可以实现塑料废弃物以及废碱的高效利用，进而在经济效益和绿色环保方面更具有优势。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

3、本发明技术方案之一：提供一种利用聚酯类塑料制备高熵水滑石的方法，包括以下步骤：

4、(1)将聚酯类塑料放入碱液中，反应，得到溶液a；

5、(2)将所述溶液a与高熵金属盐混合，反应，所得固体即为所述高熵水滑石。

6、优选地，所述聚酯类塑料与高熵金属盐的比例为16-48g:0.3-0.4mol。

7、优选地，步骤(1)中：所述聚酯类塑料的添加量为20-60g l-1。

8、优选地，步骤(1)中：所述碱液为naoh溶液。

9、更优选地，所述naoh溶液的浓度为1m。

10、优选地，步骤(1)中：所述反应的温度为120℃，时间为6h。

11、聚酯类塑料在本发明限定的条件下反应6h后，100％被水解。

12、优选地，步骤(2)中：所述高熵金属盐中包含五种及以上的金属盐；所述金属盐包括二价金属盐和三价金属盐；所述二价金属盐的总浓度为0.2-0.3m，所述三价金属盐的总浓度为0.1m。

13、更优选地，所述二价金属盐包括镁盐、钙盐、铁盐、钴盐、铜盐、镍盐和锌盐中的一种或多种；所述三价金属盐包括铝盐、铁盐和铈盐中的一种或多种。

14、优选地，步骤(2)中：所述反应的温度为25-75℃，时间为12h。

15、本发明技术方案之二：提供一种根据上述制备方法得到的高熵水滑石。

16、本发明技术方案之三：提供一种上述高熵水滑石在光催化co2还原领域中的应用。

17、本发明的有益技术效果如下：

18、本发明提出了一种利用聚酯类塑料废物化学回收并用于合成高熵插层ldhs的方法，利用聚酯类塑料如(pet、pbt、pla)水解后产生的对苯二甲酸根(tpa)和乳酸根(la)作为ldh的阴离子源，合成多金属的高熵ldhs。此方法既可以高效利用碱水解废弃聚酯类塑料的分解产物有机酸根，又可以利用碱水解过程中的废碱，合成高比表面积、富含缺陷的有机酸插层高熵ldhs。相比于传统的需要高成本有机酸的插层ldhs合成方法，该方法通过回收塑料单体作为原料，具有经济效益高的优势。同时，该方法为聚酯类塑料废弃物的资源化高效利用提供了新途径；整个过程相比于传统塑料回收方法，可以实现塑料废弃物以及废碱的高效利用，进而在经济效益和绿色环保方面更具有优势。

19、本发明利用碱水解法处理聚酯类废弃塑料的同时，有效利用水解产物及剩余的碱，合成具有经济效益的高熵有机酸插层ldhs。此外，聚酯塑料水解产生的乙二醇等其他有机分子，能起到表面活性剂的目的，可以控制ldhs形貌，进而调变物化性能。这包括改变ldhs颗粒形状和尺寸，影响其表面电荷分布等特征。可用于co2光催化转为高附加值太阳能燃料，并有望在后续其他领域具有广阔的应用价值。碱水解过程中的废碱能在后续合成过程中起到中和酸性物质以及维持ldh层状结构稳定性的作用。

20、本发明将高熵ldhs用于光催化co2还原，由于高熵ldhs的层间阴离子使得层间距扩展，可以有效吸附co2和加速传质性能；同时ldhs中多金属引起的高熵效应有效地促进了电子空穴的传递，促进了光催化co2为ch4和co的转化效率，性能优势明显。