[发明专利]通过电催化由废旧PET塑料联产氢气、甲酸和对苯二甲酸的方法

说明书

本发明涉及一种通过电催化由废旧PET塑料联产氢气、甲酸和对苯二甲酸的方法，包括以下步骤：(1)将废旧PET塑料溶解在碱性水溶液中，得到包含乙二醇和对苯二甲酸盐的水性电解液；(2)将阳极、阴极和在步骤(1)中得到的包含乙二醇和对苯二甲酸盐的水性电解液组装成电解池；和(3)向在步骤(2)中组装的所述电解池施加电压来进行电解，所述水性电解液中的水在阴极发生还原反应生成氢气，乙二醇在阳极发生氧化反应生成甲酸。本发明利用PET塑料与电解水的耦合提高电解过程的产氢速率和能量转化效率，有效降低电解水制氢成本。PET转化为对苯二甲酸盐和甲酸盐，分离得到高纯度对苯二甲酸，可用于PET生产，同时甲酸也是一种重要的化工原料。

技术领域

本发明属于废旧PET塑料回收利用和电解水制氢技术领域，具体地，涉及一种通过电催化由废旧PET塑料联产氢气、甲酸和对苯二甲酸的方法。

背景技术

聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是一种由对苯二甲酸和乙二醇聚合而成的塑料，广泛应用于一次性的饮料瓶和食品包装。目前，全世界70％以上的饮料包装材料是PET塑料。据统计，2016年PET塑料在全球的总产量达9472万吨，而2020年则预计可以达到1亿吨。由于PET塑料在环境中难降解(降解周期为200-400年)，大部分的废旧PET塑料进入海洋中或被填埋处理，对地球生态和环境造成严重威胁。我国PET塑料的回收率较低，大量的聚酯瓶在一次性使用后被丢弃，主要通过焚烧或者填埋的方式来处理，造成严重的环境污染和资源浪费。通过PET废弃物的回收和利用，可有效减少环境污染，实现节约资源的目标。近年来，对于废弃PET制品的回收与利用引起了全球科研人员的广泛关注和研究。

PET废弃物的回收方法包括物理法和化学法。专利(CN 104708730 B，2015)公布了一种PET瓶的回收工艺,包括以下步骤：A.上料，B.筛选，C.湿式破碎，D.重力漂洗，E.热碱清洗，F.水冲洗，G.离心脱水，H.三道漂洗，I.离心脱水，J.包装。物理法虽然操作简单，成本低，但是通过回收得到的产品的纯度和质量低，无法用于高端产品。专利(CN 110229062 A，2019)公开了一种废弃PET聚酯的回收方法，该回收方法包括以下步骤：1.将废弃PET聚酯制品剪成PET聚酯碎片，接着进行水洗、干燥；2.将步骤1所得的PET聚酯碎片与聚丙二醇、乙二醇和催化剂搅拌混合，接着升温至140-160℃进行第一反应，然后升温至190-200℃进行第二反应。通过化学法回收的产品质量更高，但是往往需要使用大量的催化剂和有机溶剂，而且要在高温下进行。因此，开发新型废旧PET塑料回收利用工艺仍然具有很大的科学和经济价值。

电解水工艺包含阳极的析氧反应(OER)和阴极的析氢反应(HER)，其中，OER仍是制约整个反应的速控步骤。这主要是由于产氧过程需要经历复杂的四电子反应过程，然而产生的O₂附加值并不高。此外，同时产生的H₂和O₂在反应器中的潜在混合带来了安全隐患。

发明内容

技术问题

如果将热力学上更有利的有机物电催化氧化过程替代传统的阳极产氧过程，是实现有机物氧化从而生成高附加值产物同时提升阴极产氢效率的新思路。在碱性电解液中加入PET，会分解生成对苯二甲酸盐和乙二醇，而乙二醇可以在阳极先于OER反应发生氧化，消耗水中的活性氧得到甲酸产品，并且有效促进HER反应的进行。

本发明的目的在于提供一种废旧PET塑料再利用的方法，该方法可以将废旧PET塑料再利用，同时提高通过电解水制氢的效率。

技术方案

本发明的一个方面提供一种通过电催化由废旧PET塑料联产氢气、甲酸和对苯二甲酸的方法，包括以下步骤：

(1)将废旧PET塑料溶解在碱性水溶液中，得到包含乙二醇和对苯二甲酸盐的水性电解液；

(2)将阳极、阴极和在步骤(1)中得到的包含乙二醇和对苯二甲酸盐的水性电解液组装成电解池；和