[發(fā)明專利]一種活性炭催化木塑復(fù)合材料廢棄物熱解制備芳烴的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010014318.0
• 申請(qǐng)日: 2020-01-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111068727A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林曉娜;蔡紅珍;易維明;李志合;付鵬;張東紅;任夏瑾;張慶發(fā)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J27/20
• 分類號(hào): B01J27/20;C07C4/04;C07C15/02
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明屬于生物質(zhì)能及固體廢棄物資源化利用領(lǐng)域，具體涉及一種活性炭催化木塑復(fù)合材料廢棄物熱解制備芳烴的方法。本發(fā)明是以木塑復(fù)合材料廢棄物為原料，活性炭為催化劑，所述活性炭由生物質(zhì)通過(guò)磷酸活化法制備獲得；將二者分別放入固定床反應(yīng)器中在惰性氣體氛圍下進(jìn)行催化熱解，對(duì)熱解氣進(jìn)行冷凝后即可得到富含芳香烴的液體產(chǎn)物；本發(fā)明為木塑復(fù)合材料廢棄物的資源化利用提供了一條新途徑，同時(shí)以廉價(jià)易得的生物質(zhì)活性炭為催化劑，能產(chǎn)生良好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物質(zhì)能及固體廢棄物資源化利用領(lǐng)域，具體涉及一種活性炭催化熱解木塑復(fù)合材料廢棄物制備芳烴的方法。

背景技術(shù)

木塑復(fù)合材料是以纖維/粉末等形態(tài)的木質(zhì)纖維材料為增強(qiáng)體或填料，以熱塑性聚合物（如聚乙烯、聚丙烯等）為基體，經(jīng)過(guò)熔融復(fù)合而成的環(huán)境友好型材料，其兼具木材與塑料的雙重特性，具有力學(xué)性能優(yōu)異、耐酸堿、耐腐蝕、易于加工等特點(diǎn)，在建筑用材、汽車零部件、工業(yè)及室內(nèi)裝飾等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。木塑復(fù)合材料作為材料的一大特色和優(yōu)勢(shì)是其可回收再生產(chǎn)，然而經(jīng)過(guò)多次回收循環(huán)利用后，由于大分子的降解而使力學(xué)性能降低不適于繼續(xù)用作材料，成為一種新型的固體廢棄物。如何對(duì)這類“固廢”實(shí)現(xiàn)無(wú)害化、資源化處理與利用，對(duì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

木塑復(fù)合材料主要由生物質(zhì)與聚烯烴塑料組成，這一組成特點(diǎn)決定了其在材料化利用周期結(jié)束后，可通過(guò)催化快速熱解技術(shù)轉(zhuǎn)化為高附加值的芳烴產(chǎn)物，實(shí)現(xiàn)資源化利用。而且，木塑復(fù)合材料催化快速熱解還具有其他生物質(zhì)原料所不具備的優(yōu)勢(shì)和特色：（1）生物質(zhì)是一種缺氫原料（H/Ceff為0~0.3左右），而聚烯烴塑料是一種富氫原料（H/Ceff為2左右），相對(duì)富氫的塑料組分的加入，使得木塑廢棄物催化熱解后更易獲得高附加值的烴類產(chǎn)物；（2）木塑復(fù)合材料中生物質(zhì)組分與塑料組分在催化熱解過(guò)程中存在協(xié)同作用，其熱解產(chǎn)物間可通過(guò)相互作用形成新的芳香烴，進(jìn)一步提高芳烴的產(chǎn)率。

ZSM-5分子篩催化劑因具有獨(dú)特的孔道結(jié)構(gòu)和酸性特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于催化熱解生物質(zhì)和塑料廢棄物。然而，ZSM-5的孔道尺寸非常小，大分子化合物難以擴(kuò)散到其孔道內(nèi)，極易與其表面的酸性位點(diǎn)作用形成焦炭，造成催化劑失活，從而大大限制了此類催化劑的工業(yè)化應(yīng)用。因此，選擇一種具有較大的比表面積、可調(diào)的孔道結(jié)構(gòu)、不易結(jié)焦和廉價(jià)易得等特點(diǎn)的催化劑，實(shí)現(xiàn)木塑復(fù)合材料廢棄物資源化轉(zhuǎn)化為高附加值的芳烴已成為當(dāng)務(wù)之急。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)目前分子篩催化生物質(zhì)與塑料固體廢棄物熱解過(guò)程中存在的諸如催化劑易結(jié)焦、目標(biāo)產(chǎn)物產(chǎn)率較低等問(wèn)題，提供一種活性炭催化木塑復(fù)合材料廢棄物熱解制備芳烴化合物的方法。

根據(jù)本發(fā)明提供的方法，以木塑復(fù)合材料廢棄物為原料，活性炭為催化劑，分別放入固定床反應(yīng)器中，然后在氮?dú)夥諊逻M(jìn)行快速催化熱解，對(duì)催化熱解氣進(jìn)行冷凝后即可得到富含芳烴化合物的液體產(chǎn)物。

所述活性炭催化劑為生物質(zhì)通過(guò)磷酸活化法制備獲得的活性炭，其具體制備方法如下：生物質(zhì)原料經(jīng)干燥破碎至粒徑1mm以下，加入磷酸溶液于室溫下攪拌24h，然后將混合液置于鼓風(fēng)干燥箱中于105℃下干燥至恒重；將活化后的物料放入馬弗爐中炭化，冷卻后即可得到活性炭。

所述活性炭的制備原料為木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)，包括但不限于木材、農(nóng)作物秸稈、竹材、椰殼或草本類生物質(zhì)。

所述磷酸活化劑與生物質(zhì)原料的質(zhì)量比為（1:1）~（3:1）。

所述炭化過(guò)程的升溫速率為5~20℃/min，炭化溫度為600~900℃，炭化時(shí)間為0.5~2h。

所述木塑復(fù)合材料為木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)與熱塑性聚合物的復(fù)合材料，其中，木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)包括但不限于木材、農(nóng)作物秸稈、竹材或草本類生物質(zhì)，熱塑性聚合物包括但不限于聚乙烯、聚丙烯或聚苯乙烯。

所述木塑復(fù)合材料中木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)與熱塑性聚合物的質(zhì)量比為（3:7）~（7:3）。