PET解聚产物原位升级电催化原位分离反应器及连续流电化学工艺

本发明涉及废弃塑料回收，具体为一种pet解聚产物原位升级电催化原位分离反应器及连续流电化学工艺。

背景技术：

1、废弃塑料污染已经成为严峻的全球性问题，不仅占据大量的土地和水资源，还会释放出有害化学物质，对地球生态环境和人类健康造成了严重的威胁。将废弃塑料转化为高值产品，可以实现资源的有效利用和循环利用。电催化技术在将废弃聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)塑料在常温常压条件下定向转化为高附加值化学品方面具有重要的实际应用价值。电催化转化pet通常需要对pet加强碱水解后的产物进行预分离，增加了运行成本和操作复杂性并造成碱损失。

技术实现思路

1、针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供pet解聚产物原位升级电催化原位分离反应器及连续流电化学工艺，该工艺首先在反应器内加强碱进行pet解聚并进行搅拌，以及向所述反应器提供电压，从而实现pet解聚产物中对苯二甲酸盐加氢转化为1,4-环己烷二甲醇以及乙二醇氧化为乙醇酸的过程。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、本发明提供pet解聚产物原位升级电催化原位分离反应器，其特征在于，包括过滤膜、阳极、阴极、通水管和容器；

4、所述过滤膜包裹的阳极催化电极位于容器中，所述阳极催化电极通过两种方式构造:(1)将催化剂负载于膜滤出面，并将滤膜包裹于固定电极外侧；(2)将催化剂负载于固定电极，将过滤膜包裹于催化电极外侧，构建膜电极，并通过通水管将溶液从膜电极中心空腔抽出；

5、所述阴极是网状电极，所述阴极置于容器内壁或搭建盐桥将阴极置于容器外；

6、所述通水管放置于过滤膜包裹阳极管道顶端。

7、进一步的，所述过滤膜是复合薄膜或经改性的复合薄膜；所述阴极是网状惰性材料；所述容器为耐酸碱材料。

8、进一步的，还包括水泵，所述水泵与通水管连接；水泵用于转移容器内的pet解聚溶液和促使pet解聚溶液通过过滤膜。

9、进一步的，还包括电源，电源用于向电极施加电压并向水泵供给电力；电源正极连接阳极，负极连接阴极，且电源与水泵电连接；

10、本发明还涉及一种用于pet原位解聚并实现解聚产物高值转化的连续流电化学工艺，其特征在于，包括如下步骤：

11、步骤1：使用多个电催化原位分离反应器，并将三个反应器通过水泵转移溶液的方式进行串联，构成三级反应器系统；

12、步骤2：在各级反应器中首先加强碱进行pet解聚并进行搅拌，当解聚达到pet固体完全溶解之后，通过连接在阳极管道顶端的水泵提供压力，驱动解聚溶液通过过滤膜，实现对苯二甲酸盐和乙二醇的分离，同时施加适当的电压，乙二醇在阳极发生催化氧化产生乙醇酸；当一级反应器中的pet解聚溶液达到分离阈值时，将膜过滤面一侧的剩余碱液移加至二级反应器，并继续投加pet进行解聚，进一步进行上述反应处理；随后，二级反应器中的剩余碱液可转移至三级反应器中进行处理；三级反应器中的剩余碱液可再次回流至一级反应器，实现碱液的循环利用；当一级反应器中碱液被转移后，可向一级反应器投加酸液并反转电极极性，以使被富集在膜过滤面的对苯二甲酸进行阴极催化加氢反应，生成1,4-环己烷二甲醇；剩余酸液可从一级反应器逐级移加至三级反应器中并最终转移到一级反应器系统实现酸液循环。

13、本发明的有益效果在于：1、pet在强碱性溶液中解聚后可获得对苯二甲酸盐和乙二醇，加酸分离对苯二甲酸晶体和溶解的乙二醇是较为常见的分离方法。但加酸分离增加了运行成本和操作复杂性，同时，碱性条件有利于乙二醇电催化氧化为乙醇酸，加酸也会造成碱损失。即使能够有效分离pet解聚产物，也需将解聚产物转移至电化学反应器中进行催化转化，增加了运行成本，不利于规模化应用。因此需开发用于解聚产物的高效低耗的原位分离方法，降低物料分离和转运成本。构建pet解聚产物原位高值转化的电催化原位分离反应器，可以避免传统电催化过程中pet解聚产物需进行预分离导致的操作复杂性、高成本以及碱损失等问题。

14、2、pet水解产物中的衍生化学品如乙二醇，对苯二甲酸，甲酸虽然具有一定的市场和产业价值，但附加值仍偏低(乙二醇～4000元/吨，对苯二甲酸～6000元/吨，甲酸～4000元/吨，乙二酸～4000元/吨)，因此需要优化产物类别，开发具有更高附加值的精细化学产品。乙醇酸(～10000元/吨)和1,4-环己烷二甲醇(chdm)是合成新型生物相容性共聚物(例如plga、pct、petg、pctg等)的单体，开发廉价的pet废弃物合成路线以及高效的合成技术具有良好的产业应用前景。构建连续流pet全回收及产物升级的电化学工艺，能够实现规模化的电催化回收废弃pet塑料及高值产物转化。

15、3、电催化反应通常使用mea反应器，反应器中的阴离子交换膜难以在强碱环境中工作。开发原位解聚产物分离方及原位高附加值产品生产的电化学反应器，能够有效规避这一问题，同时根据反应器运行特性设计可连续运行及自动化控制的规模化pet全回收与产物升级工艺。

技术特征：

1.pet解聚产物原位升级电催化原位分离反应器，其特征在于，包括过滤膜、阳极、阴极、通水管和容器；

2.根据权利要求1所述的pet解聚产物原位升级电催化原位分离反应器，其特征在于，所述过滤膜是复合薄膜或经改性的复合薄膜；所述阴极是网状惰性材料；所述容器为耐酸碱材料。

3.根据权利要求1或2所述的pet解聚产物原位升级电催化原位分离反应器，其特征在于，还包括水泵，所述水泵与通水管连接；水泵用于转移容器内的pet解聚溶液和促使pet解聚溶液通过过滤膜。

4.根据权利要求3所述的pet解聚产物原位升级电催化原位分离反应器，其特征在于，还包括电源，电源用于向电极施加电压并向水泵供给电力；电源正极连接阳极，负极连接阴极，且电源与水泵电连接。

5.一种用于pet原位解聚并实现解聚产物高值转化的连续流电化学工艺，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结本发明公开了PET解聚产物原位升级电催化原位分离反应器及连续流电化学工艺，所述反应器包括过滤膜、阳极、阴极、通水管和容器；所述过滤膜包裹的阳极催化电极位于容器中，所述阴极是网状电极，所述阴极置于容器内壁或搭建盐桥将阴极置于容器外；所述通水管放置于过滤膜包裹阳极管道顶端。本发明可以避免传统电催化过程中PET解聚产物需进行预分离导致的操作复杂性、高成本以及碱损失等问题。能够实现规模化的电催化回收废弃PET塑料及高值产物转化。开发原位解聚产物分离及原位高附加值产品生产的电化学反应器，能够有效规避这一问题，同时根据反应器运行特性设计可连续运行及自动化控制的规模化PET全回收与产物升级工艺。技术研发人员：史乐,尹浩宇,戴昀伯受保护的技术使用者：浙江大学技术研发日：技术公布日：2024/5/27