一种以聚乳酸废塑料为原料制备乙酸盐和丙酮酸盐的方法

本发明属于新能源化工，具体涉及一种以聚乳酸废塑料为原料制备乙酸盐和丙酮酸盐的方法。

背景技术：

1、塑料在现代社会中无处不在，为人们带来生活便利的同时，也对环境构成严重威胁。塑料的过量使用导致大量的焚烧和填埋，引发污染和有害气体释放，绿色处理废弃塑料势在必行。使用可持续能源产生的清洁电力将多余的废塑料转化为高附加值的化学品，不失为一种有效减少碳排放、开辟化学品合成新路径的解决方案。

2、聚乳酸塑料是一种由淀粉发酵产生的乳酸单体衍生而来的聚合物，被认为是最有前途的化石基塑料可生物降解替代品之一。因其具有优异的机械性能和物理性能，可用于加工从工业到民用的各种塑料制品。然而，人们对于废弃塑料的不善管理导致这些可降解塑料与传统废物塑料一起被填埋和焚烧，这不仅是资源的浪费，还导致了温室气体的排放。

3、如何有效利用聚乳酸废塑料中的碳，并将其应用于替代化石燃料的化学品行列，进而实现废塑料升级循环，改善自然环境，将极具研究与应用价值。

技术实现思路

1、针对聚乳酸废塑料的有效利用问题，本发明提供了一种以聚乳酸废塑料为原料制备乙酸盐和丙酮酸盐的方法，实现聚乳酸到乙酸盐和丙酮酸盐的温和、绿色、清洁转化，有望应用于新能源结构框架下聚乳酸废塑料的绿色降解以及有价值化学品乙酸盐的生产，不依赖于任何化石能源。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方法如下：

3、一种以聚乳酸废塑料为原料制备乙酸盐和丙酮酸盐的方法，包括以下步骤：

4、步骤1、将聚乳酸颗粒溶解于碱性溶剂中，制得聚乳酸浓度为160～192毫摩尔每升的聚乳酸水解液；

5、步骤2、聚乳酸水解液在不低于60℃下发生水热反应，直至聚乳酸被完全水解为乳酸，得到乳酸盐水溶液；

6、步骤3、利用h型电解池，对乳酸盐水溶液进行电氧化，制得乙酸盐和丙酮酸盐；其中，h型电解池的阳极电解液为乳酸盐水溶液，阴极电解液为酸性溶液，工作电极上的催化剂为磷化镍、负载磷化镍的泡沫镍、纯泡沫镍中的一种或多种。

7、进一步地，步骤1所述碱性溶剂为氢氧化钾、氢氧化钠等。

8、进一步地，步骤1所述碱性溶剂的浓度为0.5～5摩尔每升。

9、进一步地，步骤2发生水热反应的温度优选为100℃，实现乳酸收率最大化和耗能最优。

10、进一步地，步骤2利用核磁共振氢谱进行定性分析，判断聚乳酸是否被完全水解为乳酸。

11、进一步地，步骤3中的催化剂优选为负载磷化镍的泡沫镍。

12、进一步地，步骤3利用阴离子色谱进行定量分析，以及利用核磁共振氢谱进行定性分析，判断乳酸盐水溶液中的乳酸根是否被完全转换。

13、进一步地，步骤3所述h型电解池的阴极电解液具体为硫酸溶液、高氯酸溶液中的一种或多种。

14、进一步地，步骤3所述h型电解池的隔膜为biopolar、naffion 117中的一种或多种，参比电极为汞/氧化汞电极，对电极为铂片电极。

15、进一步地，步骤3所述h型电解池采用恒电压工作模式时，施加的电压为1.0～2.0伏特。

16、进一步地，步骤3所述h型电解池采用恒电流工作模式时，通入的电流为30～100毫安。

17、进一步地，步骤3所述h型电解池的反应测试方法为计时电位法。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

19、1、本发明提出了一种以聚乳酸废塑料为原料制备乙酸盐和丙酮酸盐的方法，通过电化学催化氧化技术，将聚乳酸废塑料完全转化为乙酸盐和丙酮酸盐，实现聚乳酸废塑料的绿色降解与有价值化学品、化学燃料的生成，达到废塑料升级循环的目的；

20、2、本发明采用磷化镍、负载磷化镍的泡沫镍、纯泡沫镍中的一种或多种作为催化剂，可以接近100％的选择性将乳酸盐水溶液完全转化成乙酸盐和丙酮酸盐，并在反应过程中没有副反应析氧的出现，实现低能耗、高效率的电氧化废塑料转换；通过商用的聚乳酸颗粒模拟聚乳酸废塑料进行电氧化过程，在7个小时内实现了聚乳酸水解液中乳酸根离子的完全消耗，为废塑料的绿色降解提供了新的应用。

技术特征：

1.一种以聚乳酸废塑料为原料制备乙酸盐和丙酮酸盐的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述以聚乳酸废塑料为原料制备乙酸盐和丙酮酸盐的方法，其特征在于，步骤1所述碱性溶剂为氢氧化钾或氢氧化钠。

3.根据权利要求2所述以聚乳酸废塑料为原料制备乙酸盐和丙酮酸盐的方法，其特征在于，步骤1所述碱性溶剂的浓度为0.5～5摩尔每升。

4.根据权利要求1所述以聚乳酸废塑料为原料制备乙酸盐和丙酮酸盐的方法，其特征在于，步骤2利用核磁共振氢谱进行定性分析，判断聚乳酸是否被完全水解为乳酸。

5.根据权利要求1所述以聚乳酸废塑料为原料制备乙酸盐和丙酮酸盐的方法，其特征在于，步骤3利用阴离子色谱进行定量分析，以及利用核磁共振氢谱进行定性分析，判断乳酸盐水溶液中的乳酸根是否被完全转换。

6.根据权利要求1所述以聚乳酸废塑料为原料制备乙酸盐和丙酮酸盐的方法，其特征在于，步骤3所述h型电解池的阴极电解液具体为硫酸溶液、高氯酸溶液中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述以聚乳酸废塑料为原料制备乙酸盐和丙酮酸盐的方法，其特征在于，步骤3所述h型电解池的隔膜为biopolar、naffion 117中的一种或多种，参比电极为汞/氧化汞电极，对电极为铂片电极。

8.根据权利要求1所述以聚乳酸废塑料为原料制备乙酸盐和丙酮酸盐的方法，其特征在于，步骤3所述h型电解池采用恒电压工作模式时，施加的电压为1.0～2.0伏特。

9.根据权利要求1所述以聚乳酸废塑料为原料制备乙酸盐和丙酮酸盐的方法，其特征在于，步骤3所述h型电解池采用恒电流工作模式时，通入的电流为30～100毫安。

技术总结本发明公开了一种以聚乳酸废塑料为原料制备乙酸盐和丙酮酸盐的方法，属于新能源化工技术领域，先将聚乳酸颗粒溶解于碱性溶剂中，制得聚乳酸水解液，将其在不低于60℃下发生水热反应，直至聚乳酸被完全水解为乳酸，得到乳酸盐水溶液；利用H型电解池对乳酸盐水溶液进行电氧化，制得乙酸盐和丙酮酸盐；H型电解池的阳极电解液为乳酸盐水溶液，阴极电解液为酸性溶液，工作电极上的催化剂为磷化镍、负载磷化镍的泡沫镍、纯泡沫镍中的一种或多种。本发明可以接近100％的选择性将乳酸盐水溶液完全转化成乙酸盐和丙酮酸盐，实现聚乳酸废塑料的绿色降解与有价值化学品、化学燃料的生成，达到废塑料升级循环的目的。技术研发人员：李旭,陈胤坊,郑婷婷,江秋,夏川受保护的技术使用者：电子科技大学技术研发日：技术公布日：2024/7/11