[发明专利]一种光热催化选择性氧化聚苯乙烯合成苯甲酸的方法

说明书

本发明提供了一种光热催化选择性氧化聚苯乙烯合成苯甲酸的方法，步骤如下：取硝酸铋、钼酸钠、十六烷基三甲基溴化铵溶于一定量的水中并混合均匀，后制得钼酸铋；取硝酸镍的溶液、硝酸铁溶液、甲醛溶液混合均匀，并用氢氧化钠调节pH值，后制得Ni‑Fe水滑石；取钼酸铋、Ni‑Fe水滑石置于一定量的水中，后经晶化最终制得Bi₂MoO₆‑Ni‑Fe水滑石复合光催化剂。取Bi₂MoO₆‑Ni‑Fe水滑石复合光催化剂分散在溶剂和聚苯乙烯中，通入氧气、加热、光照，即得苯甲酸。本发明可以通过控制催化剂中铋与镍铁的摩尔比来提高聚苯乙烯的转化率，取得高收率的苯甲酸。

技术领域

本发明涉及光催化领域，具体涉及一种光热催化选择性氧化聚苯乙烯合成苯甲酸的方法。

背景技术

聚苯乙烯作为一种通用塑料，广泛应用于电器、快餐饭盒、包装材料、建筑板材等各个领域。然而，聚苯乙烯类制品多属于一次性包装，在完成一定功能的服役期后，会被直接丢弃成为白色垃圾。且聚苯乙烯体积大、消耗量大、生物降解难等缺点，严重地阻碍社会的可持续发展。目前，对聚苯乙烯塑料废品的处理方式主要有填埋、焚烧、循环再生和热解等。填埋法简单，但聚苯乙烯在自然状态下可存在几个世纪，无形之中会增加土地资源的压力；焚烧法彻底，但会产生有毒有害的气体，后续处理成本高；循环再生法可最大限度回收聚苯乙烯，但具有成本高、污染环境、适用性窄等缺点。热解法利用催化剂在隔绝空气的条件下分解聚苯乙烯，将其转化成液态烃类(甲苯、苯乙烯、苯等)或燃料油等石化产品，适用性广、收益性大，但也存在能耗高、成本高等不足。因此，研究廉价、绿色、高效、高附加值处理废弃聚苯乙烯的方法具有重要的意义。

光催化因其绿色、高效、廉价等优点，已成为最有吸引力的方法之一。且目前已有部分研究者利用氧气为氧化剂光催化降解聚苯乙烯，可得到二氧化碳和水，以及能被微生物降解的低分子量残留物。如能控制光氧化过程，将其转化为高附加值的小分子含氧化学品(苯甲醛、苯甲酸、苯酚等)，既能解决废弃聚苯乙烯塑料带来的环境污染问题，又能变废为宝，带来巨大的经济价值。但是受限于半导体材料的量子效率低，聚苯乙烯C-C键的活化能高等因素，致使单纯光催化技术在氧化聚苯乙烯的表现上乏力。随着催化的深入研究，多种催化技术耦合方式能极大解决单一催化技术的不足。如热辅助光催化技术能够实现对太阳光光谱的充分利用，并同时具有光催化反应选择性好和热催化反应转化率高等优势。因此，光热协同催化氧化聚苯乙烯有望成为绿色、高效废弃聚苯乙烯高附加值利用极具潜力的方法之一。

聚烯烃氧化的关键在于链引发阶段，通常由催化剂来实现。在众多半导体催化剂中，钼酸铋(Bi₂MoO₆)是典型的n型直接带隙半导体材料，具有压电、铁电、及催化等物理化学性能，是Bi基氧化物中具有最佳可见光催化活性的半导体催化剂之一，被应用于光催化有机物降解、光解水和有机合成等领域。目前，水滑石材料由于其具有较大的比表面积，丰富的表面氧物种，可控的表面电荷，因而被广泛用作催化剂载体。在吸附，能源储存，电化学以及催化领域都表现出较出色的特性。且水滑石载体能与催化剂之间形成活性界面，在催化反应中发挥重要作用。结合钼酸铋和水滑石光催化剂的优点，可以研制同时具有可见光响应、温和氧化能力、较高可见光催化活性等优点的光催化材料。

发明内容

本发明提供了一种光热催化选择性氧化聚苯乙烯合成苯甲酸的方法，该方法具有选择性高、能耗小、且污染小的优点。其制备步骤如下：

取硝酸铋、钼酸钠、十六烷基三甲基溴化铵溶于一定量的水中并混合均匀，后经晶化、过滤、洗涤、干燥制得钼酸铋；

取硝酸镍的溶液、硝酸铁溶液、甲醛溶液，混合均匀后，加入一定量的氢氧化钠溶液将其pH值调至碱性，后经搅拌、过滤、洗涤、干燥制得Ni-Fe水滑石；

取钼酸铋、Ni-Fe水滑石置于一定量的水中，搅拌适当的时间，后经晶化、过滤、干燥、焙烧，最终制得Bi₂MoO₆-Ni-Fe水滑石复合光催化剂。