用于解聚聚合物废物材料的催化剂和方法与流程

本公开涉及聚合物废物材料的解聚。更具体地，本公开涉及一种用于解聚聚合物废物材料的催化剂，所述催化剂包括借助于涂覆剂沉积在固体载体上的酸性组分，并且涉及一种使用所述催化剂解聚聚合物废物材料的催化方法。

背景技术：

1、塑料包括使用聚合物作为其主要成分的宽范围的合成和半合成材料。它们的可塑性使得塑料可以模制、挤出或压制成各种形状的固体物体。这种适应性与宽范围的其他性质(例如重量轻、耐用和生产成本低)相结合，导致了它们的广泛使用。在过去的几十年中，塑料的生产急剧增加。同时，塑料量的增加引起环境问题，因为大多数塑料对自然降解过程具有抗性。因此，该材料可以持续几个世纪或更长时间，填满垃圾填埋场，甚至作为微塑料出现在食物链中。

2、因此，进行了越来越多的努力以改善聚合物废物材料的回收。目前的回收程序主要依赖于机械回收和化学回收。对于机械回收，塑料被机械转化而不改变其化学结构，使得它们可用于生产新材料。典型的机械回收步骤包括收集聚合物废物材料，将聚合物废物材料分类成不同类型的塑料和颜色，通过压制或研磨包装塑料废物材料，洗涤和干燥聚合物废物材料，并通过凝集、挤出和冷却塑料将聚合物废物材料再加工成颗粒，以获得回收的原料，然后可以将其形成新的制品。

3、在化学回收期间，塑料被再加工，并且它们的结构和化学性质被改性，使得它们可以用作不同工业的原材料或用作制造新聚合物产品的基本输入或原料。化学回收通常包括以下步骤：收集塑料废物材料，然后加热塑料废物材料以分解聚合物以获得单体，然后将单体用于再制造聚合物或用于生产其他合成化学品。

4、在实践中，通常将不同类型的聚合物废物材料收集在一起，这使得化学再循环特别麻烦，因为不同聚合物的混合物使得难以控制加热过程，从而导致高的能量成本以及所得产品的差的产率和质量。

5、在这方面，进行了相当大的努力来改进聚合物的解聚过程。

6、聚合物废物材料的化学回收的开始可追溯到20世纪70年代。us 3,984,288描述了一种用于处理橡胶和塑料废物的方法，该方法包括以下一系列步骤：(i)在挤出机中在温度t1下加热和熔融橡胶和塑料废物以捏合和熔融废物，并将熔融状态的熔融废物挤出到分解区中，(ii)在挤出机中在温度t2下在分解区中加热熔融废物以形成分解产物并将分解产物传送到干馏区，(iii)在低于分解区中的加热温度t2的温度下在干馏区中加热分解产物以通过干馏气化产物，和(iv)将干馏产物传送到冷却区以冷却干馏产物以将液体材料与气体材料分离。

7、de 198 22 568涉及一种利用塑料聚合物的方法，其中使塑料聚合物在升高的温度下与催化剂接触，并至少部分地冷凝由获得的气相产生的反应产物。

8、us2021/0054161提供了一种涉及聚合物解聚的技术，特别是用于解交联聚丙烯酸盐基聚合物和其他聚合物的方法和系统，以及由解交联聚丙烯酸盐基聚合物和其他聚合物制成的组合物，以通过超声处理水性sap水凝胶从超吸收性聚合物(sap)产生聚丙烯酸(paa)。

9、wo 2021/048185介绍了一种解聚塑料的方法，该方法包括以下步骤：a)引入包含塑料的原料；b)将包含塑料的原料与催化剂混合以获得反应物混合物；和c)加热反应混合物以获得产物，其中催化剂是埃洛石。

10、wo 2020/061521涉及用于解聚塑料的方法，该方法包括a)将固体塑料颗粒与溶剂混合以产生非均相反应混合物，b)将非均相反应混合物输送通过第一热交换器的第一区段以预热非均相反应混合物，c)将预热的非均相反应混合物输送到加热室的加热区域中；d)将加热室的加热区域内的非均相混合物加热至足以引发非均相反应混合物转化为包含液化反应产物的均相反应溶液的反应温度，e)将均相反应溶液输送通过第一热交换器的第二部分以冷却均相反应溶液，和f)将均相反应溶液输送至沉降槽以允许液化反应产物转化为固体反应产物并从冷却的均相反应溶液中沉淀。

11、鉴于上述情况和对聚合物的不断增长的需求，仍然需要聚合物废物材料的有效回收方法。本公开解决了这种需要，本公开提出了一种用于解聚聚合物废物材料的催化剂，以及一种使用所述催化剂通过解聚回收聚合物废物材料的方法。

技术实现思路

1、在一个方面，本公开提供了一种用于解聚聚合物废物材料的催化剂，所述催化剂包括作为活性组分的酸性化合物，所述酸性化合物借助于涂覆剂沉积在颗粒状无孔载体上。

2、在一个实施方案中，颗粒状无孔载体选自砂、玻璃珠和金属颗粒组成的组。

3、在一个实施方案中，酸性化合物选自al/si混合氧化物、al2o3、铝硅酸盐、二氧化硅和沸石。

4、在一个实施方案中，包衣剂选自油、无机水凝胶或其组合。

5、在一个实施方案中，基于催化剂的总重量，活性化合物以0.5至6.0wt％，优选1.0至4.0wt％的量包含在催化剂中。

6、在另一方面，本公开提供了一种用于解聚聚合物废物材料的方法，所述方法包括以下步骤：(a)提供聚合物废物材料的原料；(b)将原料与本公开的催化剂混合；(c)热解所述混合物；(d)收集热解期间产生的气态馏分；和(e)分离收集的气态馏分以获得气态和液态解聚产物。

7、在一个实施方案中，该方法还包括蒸馏液态解聚产物的步骤。

8、在一个实施方案中，聚合物废物材料是由塑料材料组成或包括塑料材料的聚合物废物材料，所述塑料材料选自包括聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)、聚苯乙烯(ps)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚氯乙烯(pvc)、聚酰胺(pa)、聚氨酯(pu)、聚丙烯腈(pan)和聚丁烯(pb)及其混合物的组或由其组成。

9、在一个实施方案中，基于气体和解聚产物和液态解聚产物的组合重量，步骤(e)之后解聚产物中的气体含量优选大于30wt％，更优选大于50wt％，特别是大于70wt％。

10、在一个实施方案中，基于本公开的方法的步骤(e)之后的气态解聚产物的总重量，气态解聚中通式cnh2n的化合物的含量为至少50wt％，优选至少60wt％，特别是至少65wt％，其中n＝2-4。

11、在一个实施方案中，所获得的液态解聚产物具有根据astm d1159-01测定的小于150，优选10至100，更优选15至80，甚至更优选20至70，特别是25至100的以溴值表示的烯属化合物含量(克溴/100克样品)，和/或所获得的液态解聚产物的1h-nmr光谱显示小于10mol％，优选小于5mol％，特别是不大于3mol％的烯属质子。

12、在一个实施方案中，所获得的液态解聚产物中芳族化合物的含量小于10mol％，优选小于5mol％，特别是不大于3mol％，芳族组分的含量测量为通过1h-nmr光谱法测定的以mol％计的芳族质子的含量。

13、在一个优选的方面，用于解聚的聚合物废物材料原料的特征在于：(a)基于所述聚合物废物材料原料的总重量，聚烯烃含量，特别是聚丙烯(pp)和聚乙烯(pe)的总含量大于50wt％，优选大于60wt％，更优选大于70wt％，特别是大于80wt％，特别是大于90wt％；(b)总灰分含量小于15wt％，优选小于10wt％，更优选小于5wt％，最优选小于3wt％，所述总灰分含量作为在空气中在800℃下加热所述聚合物废物材料原料120小时后的残余物确定；(c)对于所述聚合物废物材料原料以粉碎形式存在的情况，堆积密度为70g/l至500g/l，优选100g/l至450g/l，或者对于所述聚合物废物材料原料为颗粒形式的情况，堆积密度为300g/l至700g/l，所述堆积密度分别根据din 53466确定；和(d)总挥发物含量(tv)小于5％，优选小于3％，其作为10g样品在100℃在200mbar下2小时后的重量损失测量。