一种PET废塑料降解制备金属-有机框架催化电极的方法及应用

本发明属于pet废塑料回收利用，具体涉及一种pet废塑料降解制备金属-有机框架催化电极的方法及应用。

背景技术：

1、环境污染的加剧和化石燃料的稀缺对可持续发展提出了重大挑战。作为最重要的高分子聚合物，塑料因其重量轻、成本低、易于加工等多重特性已经广泛应用于日常包装、建筑材料、电子、医学设备和能源储存等各个领域，已经成为人类社会发展和日常生活的必需品。然而，巨量的废弃塑料堆积对水源、土壤、空气以及海洋都造成了难以挽回的破坏，因此，急需寻求合适的回收和升级方案。传统的填埋和焚烧处理会破坏土壤环境并造成空气污染，不符合可持续发展理念。

2、氢气来源广泛、清洁低碳、高效、用途广泛，是推动可再生能源大规模发展的理想介质。工业制氢法分为化石能源重整制氢、副产气制氢和电解水制氢三种。前两者消耗化石资源的同时还会产生温室气体co2，电解水制氢是绿色清洁的制氢方式。电解水制氢中析氧反应(oer)是四电子转移反应，其反应能垒高，并且反应的复杂性和缓慢的动力学大大阻碍了其能量转换效率。因此，目前电解水制氢的研究重点是设计具有成本效益的高性能oer催化剂。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供的一种通过溶剂热利用pet废塑料降解合成高性能的金属-有机框架催化电极，降低环境污染完成pet废塑降解的同时，实现对电解水析氧反应的高效催化。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：通过溶剂热将pet废塑料降解制备金属-有机框架/nf直接作为工作电极，以hgo/hg作为参比电极，铂片电极作为对电极构成三电极体系实现催化电解水的析氧反应。

3、pet废塑料降解制备金属-有机框架催化电极的方法具体步骤如下：

4、(1)金属盐溶解于去离子水中形成溶液a；

5、其中，金属盐为六水合硝酸镍、硝酸铝、硝酸钙、氯化镁、氯化锰、七水合硫酸亚铁、硝酸铁、七水合硫酸锌、硝酸铜、硝酸钴中的至少一种；金属盐加入量为0.1～1.5mmol。

6、(2)有机溶剂与溶液a混匀形成溶液b；

7、其中，有机溶剂为n,n’-二甲基甲酰胺或n,n’-二甲基乙酰胺中的至少一种；有机溶剂与水的体积比为1：0.75～1。

8、(3)pet废塑料加入溶液b中并将预处理后的nf浸没于其中，进行水热反应；

9、其中，pet废塑料为涤纶、化纤、薄膜片材中的至少一种；

10、nf使用之前应该分别先在丙酮、盐酸、乙醇中超声清洗，否则工业nf表面的油污和氧化物会导致材料无法均匀生长在nf表面；

11、pet废塑料加入量为0.1～1.2g。

12、溶剂热反应的温度为160～200℃，反应时间为12～36h。

13、(4)反应结束后对溶剂热产物进行洗涤、干燥，即可得到含有对应金属离子的mof催化材料。

14、上述方法制备的金属-有机框架催化电极作为工作电极用于催化电解水的析氧反应。

15、电解反应体系进行电解时，施加的电解槽电压范围为0.8～2v。

16、电解液为碱性溶液，碱溶液包括koh；优选碱溶液浓度为1～1.5m。

17、有益效果：采用简单的一步水热合成法，利用废弃pet塑料与廉价金属盐在泡沫镍上合成可以直接作为工作电极使用的高效电解水催化电极，既解决了传统方法回收废弃pet塑料的弊端，又可以“变废为宝”将分解得到的对苯二甲酸和金属盐反应生成mof材料，应用于电解水析氧反应，降低了其过电位的同时还产生氢气，对实现可持续发展有重大意义。

技术特征：

1.一种pet废塑料降解制备金属-有机框架催化电极的方法，其特征在于，所述方法步骤如下：

2.如权利要求1所述的pet废塑料降解制备金属-有机框架催化电极的方法，其特征在于，所述pet废塑料为涤纶、化纤、薄膜片材中的至少一种。

3.如权利要求1所述的pet废塑料降解制备金属-有机框架催化电极的方法，其特征在于，所述金属盐为六水合硝酸镍、硝酸铝、硝酸钙、氯化镁、硫酸锰、七水合硫酸亚铁、硝酸铁、七水合硫酸锌、硝酸铜、硝酸钴中的至少一种。

4.如权利要求1所述的pet废塑料降解制备金属-有机框架催化电极的方法，其特征在于，所述有机溶剂为n,n’-二甲基甲酰胺或n,n’-二甲基乙酰胺中的至少一种。

5.如权利要求1所述的pet废塑料降解制备金属-有机框架催化电极的方法，其特征在于，所述pet废塑料加入量为0.1～1.2g，金属盐加入量为0.1～1.5mmol，有机溶剂与水的体积比为1：0.75～1。

6.如权利要求1所述的pet废塑料降解制备金属-有机框架催化电极的方法，其特征在于，所述溶剂热反应的温度为160～200℃，反应时间为12～36h。

7.一种如权利要求1-6任一项所述方法制备的金属-有机框架催化电极。

8.一种如权利要求1-6任一项所述方法制备的金属-有机框架催化电极的应用，其特征在于，所述金属-有机框架催化电极用于催化电解水的析氧反应。

9.如权利要求8所述金属-有机框架催化电极的应用，其特征在于，所述催化电解水时，施加的电解槽电压范围为0.8～2v。

技术总结本发明属于PET废塑料回收利用技术领域，具体涉及一种PET废塑料降解制备金属‑有机框架催化电极的方法及应用。将金属盐溶解于去离子水中形成溶液A；有机溶剂与溶液A混匀形成溶液B；PET废塑料加入溶液B中并将预处理后的NF浸没于其中，进行水热反应；反应结束后对溶剂热产物进行洗涤、干燥，即可得到含有对应金属离子的MOF催化材料。采用简单的一步水热合成法，利用废弃PET塑料与廉价金属盐在泡沫镍上合成可以直接作为工作电极使用的高效电解水的催化电极。技术研发人员：刘平,杨成强,金刘君受保护的技术使用者：常州大学技术研发日：技术公布日：2024/7/18