一种废弃塑料基防护用品的高效资源化利用方法及应用

(一)本发明涉及废弃物资源化利用，特别涉及一种利用具有高聚烯烃含量的废弃塑料基防护用品衍生制备高值纳米多孔碳材料的高效资源化利用方法及其在环境修复领域的应用。

背景技术：

0、(二)背景技术

1、

2、口罩、防护服等防护用品属于塑料基防护用品，其主要成分占比最多的为聚丙烯。目前对于这类塑料基废弃防护用品的有效资源化处理途径极为有限，传统的处理方法为焚烧和填埋处理，这不仅间接地造成了大量资源浪费，也容易引发二次污染问题。此外，机械回收作为常采用的废弃塑料回收方法，并不适合处理废弃医疗防护制品，且得到的混合塑料附加值不高；而通过裂解、催化分解等方式将废弃塑料转化成单体或者其他有用的化工原料，其产物是成分复杂的混合物、难以纯化分离。

3、塑料基防护用品成分中占比最多聚丙烯其碳含量高达85.7wt％，理论上是制备高值纳米碳材料的理想原材料，例如在环境修复领域作为优良吸附剂被广泛采用的多孔碳材料。然而，聚丙烯等聚烯烃类材料，在受热过程中趋于热解为小分子的碳氢化合物，难以碳化沉积为固体碳质材料，属于非成碳塑料。因此，通过传统的热解-活化方法难以将高聚烯烃含量的废弃塑料基防护用品较高收率地衍生制备为多孔碳材料。为了解决上述问题，已有研究报道尝试采用浓硫酸预处理或采用高压热解法以提高碳材料的收率，但上述方法的缺点同样明显，制备过程使用强腐蚀性的试剂、高压热解条件苛刻、对设备要求严苛，现有技术存在的这些缺陷严重限制了其大规模工业化应用。因此，开发一种简便高效、低成本、绿色可持续的利用具有高聚烯烃含量的废弃塑料基防护用品衍生制备纳米多孔碳材料的废弃塑料基防护用品高效资源化利用方法，并将制备的多孔碳材料应用于水体中药物和杀菌消毒类新兴有机污染物的去除，具有重要的意义。

技术实现思路

0、(三)技术实现要素：

1、本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种简便、高效、低成本、绿色可持续的利用具有高聚烯烃含量的废弃塑料基防护用品衍生制备高值纳米多孔碳材料的废弃物资源化利用方法及其在环境修复领域的应用。

2、本发明是通过如下技术方案实现的：

3、一种废弃塑料基防护用品的高效资源化利用方法，利用具有高聚烯烃含量的废弃塑料基防护用品作为碳源衍生制备高值纳米多孔碳材料以实现其高效资源化利用，其特征为，包括如下步骤：

4、(1)将废弃塑料基防护用品消毒、去除不可碳化的金属部件后进行初步的机械粉碎形成粗碎屑，将该废弃物原料碎屑与一定比例的助剂a、模板剂前驱体b投加到机械粉碎机中进行充分地粉碎混合，形成待碳化的混合前驱物；

5、(2)将经步骤(1)得到的混合前驱物投加到回转炉内，在一定的气氛保护下按照一定的升温条件进行碳化，得到碳化产物；

6、(3)经步骤(2)得到的碳化产物采用硝酸进行回流洗涤，洗涤后过滤，滤液收集，之后滤饼采用水进行淋洗，水洗滤液与酸洗滤液合并收集，水洗后的滤饼经干燥得到多孔碳材料；

7、(4)将步骤(3)收集的洗液进行减压蒸发、结晶，回收得到助剂a和模板剂前驱体b的混合物，可用于下一轮次的碳材料制备过程。

8、本发明的更优技术方案为：

9、作为碳源的废弃塑料基防护用品中聚丙烯含量高于60％。

10、步骤⑴中，助剂a为硝酸铁，模板剂前驱体b为硝酸镁，废弃物原料碎屑与助剂a、模板剂前驱体b的质量比为1:0.2:0.4-1:2.5:8。

11、步骤⑵中，碳化过程的气氛为氮气、氩气中的一种，物料在回转炉内的升温速率为2-10℃/min，最高操作温度为500-900℃，最高操作温度下维持时间为0.5-3h。

12、步骤⑶中，硝酸用量(摩尔量)为助剂a和模板剂前驱体b中硝酸根总和的1.05-1.5倍，采用的硝酸水溶液质量分数为10％-60％，酸洗温度为30-80℃，洗涤时间为0.5-3h。

13、上述技术方法制备得到的碳材料收率为15％-45％，制备过程即可实现表面氧物种的高含量掺杂，碳材料氧含量为3％-25％。

14、上述技术方法制备得到的多孔碳材料比表面积为200-2000m2/g，孔径集中分布范围为3-5nm。

15、上述技术方法制备得到的多孔碳材料在水中药物和杀菌消毒类新兴有机污染物的连续吸附去除-动态再生中的应用。其中，新兴有机污染物为对乙酰氨基酚、布洛芬、三氯生、对氯间二甲苯酚中的一种，废水中有机污染物浓度为10-500ppm。

16、本发明巧妙地采用“催化碳化耦合原位模板”的策略，实现了常压下以具有高聚烯烃含量的废弃塑料基防护用品作为碳源高收率地制备纳米多孔碳材料。采用环境友好的硝酸铁作为催化碳化催化剂在与高聚烯烃含量的废弃塑料基防护用品共热解过程中有效地催化其沉积成碳，同时硝酸铁自身热解生成的纳米氧化铁作为辅助模板与硝酸镁热解原位形成的大量纳米氧化镁模板一起在碳化产物内部形成丰富的孔道占据位点，经酸洗溶出后进而形成丰富的孔道结构。硝酸盐与废弃原材料的热解过程中还实现了含氮物种在碳材料体相内的原位掺杂。此外，本发明采用硝酸对碳化产物进行热回流酸洗，酸洗过程不仅去除了残留的氧化物模板剂和催化剂，还同时实现了硝酸镁、硝酸铁的回收以及多孔碳材料表面的修饰改性，在碳材料表面形成丰富的含氧官能团，达到“一石三鸟”的效果。制备得到的多孔碳兼具丰富孔道结构和氮氧掺杂物种，为各种酚类新兴有机污染物的吸附去除提供了丰富的增强吸附位点，有助于污染物的吸附去除，同时以介孔为主的丰富孔道结构为污染物分子提供了理想的传质扩散通道，有利于碳材料的吸附-再生性能。

17、本发明的方法具有简单、高效、可持续等优点，方案实施过程中所应用的模板剂和催化剂可循环利用，实现了废弃塑料基防护用品的“变废为宝”。将制备的多孔碳材料应用于水体中各种酚类药物和杀菌消毒类新兴有机污染物的去除。

技术特征：

1.一种废弃塑料基防护用品的高效资源化利用方法，利用具有高聚烯烃含量的废弃塑料基防护用品作为碳源衍生制备高值纳米多孔碳材料以实现其高效资源化利用，其特征为，包括如下步骤：⑴将废弃塑料基防护用品消毒、去除不可碳化的金属部件后进行初步的机械粉碎形成粗碎屑，将该废弃物原料碎屑与一定比例的助剂a、模板剂前驱体b投加到机械粉碎机中进行充分地粉碎混合，形成待碳化的混合前驱物；⑵将经步骤⑴得到的混合前驱物投加到回转炉内，在一定的气氛保护下按照一定的升温条件进行碳化，得到碳化产物；⑶经步骤⑵得到的碳化产物采用硝酸进行回流洗涤，洗涤后过滤，滤液收集，之后滤饼采用水进行淋洗，水洗滤液与酸洗滤液合并收集，水洗后的滤饼经干燥得到多孔碳材料；⑷将步骤⑶收集的洗液进行减压蒸发、结晶，回收得到助剂a和模板剂前驱体b的混合物，可用于下一轮次的碳材料制备过程。

2.根据权利要求1所述的废弃塑料基防护用品的高效资源化利用方法，其特征在于：作为碳源的废弃塑料基防护用品中聚丙烯含量高于60％。

3.根据权利要求1所述的废弃塑料基防护用品的高效资源化利用方法，其特征在于：步骤⑴中，助剂a为硝酸铁，模板剂前驱体b为硝酸镁，废弃物原料碎屑与助剂a、模板剂前驱体b的质量比为1:0.2:0.4-1:2.5:8。

4.根据权利要求1所述的废弃塑料基防护用品的高效资源化利用方法，其特征在于：步骤⑵中，碳化过程的气氛为氮气、氩气中的一种，物料在回转炉内的升温速率为2-10℃/min，最高操作温度为500-900℃，最高操作温度下维持时间为0.5-3h。

5.根据权利要求1所述的废弃塑料基防护用品的高效资源化利用方法，其特征在于：步骤⑶中，硝酸用量(摩尔量)为助剂a和模板剂前驱体b中硝酸根总和的1.05-1.5倍，采用的硝酸水溶液质量分数为10％-60％，酸洗温度为30-80℃，洗涤时间为0.5-3h。

6.根据权利要求1所述的废弃塑料基防护用品的高效资源化利用方法，其特征在于：制备得到的碳材料收率为15％-45％，制备过程即可实现表面氧物种的高含量掺杂，碳材料氧含量为3％-25％。

7.根据权利要求1所述的废弃塑料基防护用品的高效资源化利用方法，其特征在于：制备得到的多孔碳材料比表面积为200-2000m2/g，孔径集中分布范围为3-5nm。

8.根据权利要求1所述的方法制备得到的多孔碳材料在水中药物和杀菌消毒类新兴有机污染物的连续吸附去除-动态再生中的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：新兴有机污染物为对乙酰氨基酚、布洛芬、三氯生、对氯间二甲苯酚中的一种，废水中有机污染物浓度为10-500ppm。

技术总结本发明涉及废弃物资源化利用技术领域，特别公开了一种废弃塑料基防护用品的高效资源化利用方法及其在环境修复领域的应用。该资源化利用方法以具有高聚烯烃含量的废弃塑料基防护用品作为碳源，采用“催化碳化耦合原位模板”的策略，在常压下高收率地制备纳米多孔碳材料。本发明简单高效、绿色环保，无额外污染物排放，所需原材料可循环使用，不造成资源浪费；制备的多孔碳对水体中各种酚类药物和杀菌消毒类新兴有机污染物的吸附去除性能优异，实现了“以废治废”。技术研发人员：于文龙,徐广文,丁军委,单玉领,李东升,江蕊受保护的技术使用者：青岛科技大学技术研发日：技术公布日：2024/8/20