СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДА ПОЛИЭТИЛЕНТЕРЕФТАЛАТА В ПОРИСТЫЙ УГЛЕРОДНЫЙ МАТЕРИАЛ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2022 года по МПК C08J11/16 B29B17/02 C07C63/28 C01B32/15 B82Y40/00 

Изобретение относится к области переработки отходов полимеров, в частности к способам переработки отходов полиэтилентерефталата в углеродный материал, обладающий высокой величиной удельной площади поверхности, и может быть использовано при изготовлении адсорбционных материалов с целью их дальнейшего использования для очистки промышленных сточных и поверхностных вод. Под отходами полиэтилентерефталата (ПЭТФ) понимаются изделия, выбывшие из употребления, основным компонентом которых является полимер ПЭТФ. К ним относятся контейнеры для расфасовки и упаковки пищевой продукции, бытовой химии и т.д.

Полиэтилентерефталат является одним из самых востребованных пластиков в повседневной жизни. Относительная инертность к природному воздействию, низкая разлагаемость полимера в естественных условиях и увеличивающиеся объемы отходов из полиэтилентерефталата делают вопросы его переработки в ценные продукты крайне актуальными как с экономической, так и с экологической точек зрения. В связи с этим, отходы ПЭТФ являются ценным вторичным сырьем, из которого могут быть регенерируемы различные продукты, в том числе исходные мономеры. В настоящий момент разработано достаточно большое количество способов переработки полиэтилентерефталата.

Известен способ переработки отходов ПЭТФ в волокнистые материалы [1], в котором очищенные, измельченные и высушенные отходы ПЭТФ расправляют и экструдируют через фильеру волокне-образующей головки. Волокна наносят на поверхность формообразователя или собирают их с образованием полимерной ваты.

Недостатками данного способа являются сложность технологических процессов, так как исходное сырье должно быть тщательно очищено, формовка осуществляется под давлением, и необходимо использование дополнительных химических реагентов - термостабилизаторов, кристаллизующих добавок и наполнителей.

Известен способ каталитического пиролиза отходов ПЭТФ с получением бензойной кислоты, который включает в себя нагрев смеси измельченных отходов полиэтилентерефталата до 250-350°С в течение 1 часа 20 минут при атмосферном давлении, без доступа кислорода воздуха, в присутствии ацетилацетонатного комплекса железа (III) в качестве катализатора с последующей конденсацией образующейся бензойной кислоты и ее последующее выделение [2]. Выход бензойной кислоты в присутствии катализатора достигал 81,5%. Оставшаяся часть приходится на твердый остаток (технический углерод) и газообразные углеводороды ряда С₂-С₅ (горючие газы).

Основными недостатками каталитического пиролиза ПЭТФ являются необходимость использования катализатора и энергетические затраты (пиролиз осуществляют при температуре 250-350°С в течение 1 часа 20 минут).

Одним из перспективных способов химической переработки полиэтилентерефталата считается щелочной гидролиз в водных, водно-спиртовых и спиртовых растворах. Под действием сильных щелочей, как правило KOH или NaOH, при высоких температурах (150 - 190°С) и давлении порядка 1 МПа полиэтилентерефталат деполимеризуется с образованием соли терефталевой кислоты и этиленгликоля. При подкислении раствора происходит осаждение терефталевой кислоты, которая затем отфильтровывается, промывается и сушится. Полученная терефталевая кислота, в зависимости от достигнутой чистоты, может в дальнейшем быть использована как основа для получения полиэтилентерефталата, так и для получения, например, нетоксичных терефталатных пластификаторов для ПВХ. Однако, необходимость использования оборудования, способного выдерживать высокое давление, делает данный метод малопривлекательным с экономической точки зрения. В связи с этим, существует большая потребность в разработке способов, которые наряду с их эффективностью могли быть также экономически привлекательными.

Известен способ щелочного гидролиза ПЭТФ сильными основаниями (KOH или NaOH) в спиртовой среде при температуре кипения при атмосферном или повышенном давлении [3]. Процесс наиболее эффективен при температуре 147-183°С при использовании высококипящих спиртов (октанола, этиленгликоля, гексанола), которые являются дорогим и дефицитным продуктом.

Наиболее близким к предложенному изобретению по совокупности существенных признаков является способ утилизации отходов ПЭТФ путем его щелочного гидролиза с получением терефталевой кислоты, который проводится при температуре 130-150°С и при атмосферном давлении в течение 3-5 ч [4]. Способ заключается в гидролизе ПЭТФ гидроксидом натрия в среде флотореагента оксаля Т-92 при нагревании с последующим добавлением воды в реакционную массу до полного растворения образовавшейся динатриевой соли терефталевой кислоты, отделением водного слоя от флотореагента-оксаля Т-92, осаждением терефталевой кислоты из водного раствора концентрированной соляной кислотой с последующей фильтрацией, промывкой и сушкой терефталевой кислоты.

К недостаткам известного способа утилизации отходов ПЭТФ относится:

- использование растворителя оксаля Т-92 и концентрированной соляной кислоты, которые относятся к третьему классу опасности веществ (умеренно опасные);

- длительность процесса щелочного гидролиза;

- многостадийность процесса - необходимость стадий отделения водного слоя от растворителя и осаждения терефталевой кислоты с использованием концентрированной соляной кислоты.

- получение терефталевой кислоты в качестве промежуточного продукта, который в зависимости от достигнутой чистоты, может в дальнейшем быть использована как для получения ПЭТФ, так и для получения, например, нетоксичных терефталатных пластификаторов для ПВХ. Однако, в связи с ухудшением физико-химических свойств вторичного сырья, изготовленные из повторно полученного ПЭТФ бутылки нельзя использовать в контакте с продуктами питания, что ограничивает области их использования.

Также существенный недостаток известного способа заключается в том, что он не позволяет получить пористый углеродный материал.

Из научно-технической и патентной литературы не известны способы переработки отхода ПЭТФ с получением полезного товарного продукта -пористого углеродного материала.

Задача предлагаемого изобретения заключается в разработке быстрого, экономичного способа переработки отхода ПЭТФ в полезный продукт -пористый углеродный материал.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе переработки отхода полиэтилентерефталата, включающем предварительное растворение отхода полиэтилентерефталата (ПЭТФ) в органическом растворителе при температуре 160 - 180°С, добавление гидроксида щелочного металла и щелочной гидролиз растворенного отхода ПЭТФ при температуре 130 - 150°С и атмосферном давлении с образованием соли терефталевой кислоты, отход ПЭТФ перед растворением измельчают, в качестве растворителя используют диметилсульфоксид, в качестве гидроксида щелочного металла - KOH при массовом соотношении отход ПЭТФ/KOH равном 1/ (0,5 - 2), щелочной гидролиз проводят в течение 2-30 минут, полученную соль терефталевой кислоты - терефталат калия выделяют и сушат с получением прекурсора, который подвергают пиролизу под действием ИК-излучения в токе азота с шагом нагрева 50°С/мин до температуры 800 - 900°С с выдерживанием при конечной температуре до получения пористого углеродного материала со следующими характеристиками:

удельная площадь поверхности: 845 - 1184 м²/г;

удельный объем пор: 0,5 - 0,8 см³/г;

средний диаметр пор: 2,4 - 2,9 нм.

Решение поставленной задачи также достигается в способе переработки отхода полиэтилентерефталата, включающем предварительное растворение отхода полиэтилентерефталата (ПЭТФ) в органическом растворителе при температуре 160 - 180°С, добавление гидроксида щелочного металла и щелочной гидролиз растворенного отхода ПЭТФ при температуре 130 - 150°С и атмосферном давлении с образованием соли терефталевой кислоты, в котором отход ПЭТФ перед растворением измельчают, в качестве растворителя используют диметилсульфоксид, в качестве гидроксида щелочного металла - NaOH при массовом соотношении отход ПЭТФ/NaOH равном 1/ (0,5 - 2), процесс гидролиза проводят в течение 2-24 минут, полученную соль терефталевой кислоты - терефталат натрия выделяют и сушат с получением прекурсора, который подвергают пиролизу под действием ИК-излучения в токе азота с шагом нагрева 50°С/мин до температуры 800 - 900°С с выдерживанием при конечной температуре до получения пористого углеродного материала со следующими характеристиками:

Удельная площадь поверхности: 703 - 789 м²/г;

Удельный объем пор: 1,0 - 1,2 см³/г;

Средний диаметр пор: 5,2 - 7,2 нм.

Техническими результатами, которые могут быть получены от использования предлагаемого изобретения, являются:

- получение ценного продукта - пористого углеродного материала, который в последующем может быть использован в качестве сорбента для очистки промышленных сточных и поверхностных вод;

- снижение энергетических затрат за счет двухстадийности процесса всего предложенного способа переработки ПЭТФ, высокой скорости щелочного гидролиза и использования инфракрасного излучения, позволяющий осуществлять нагрев с высокой скоростью;

- повышение экологической безопасности переработки за счет использования более безопасного растворителя - диметилсульфоксида. Диметилсульфоксид представляет собой бесцветную жидкость без запаха. Важный биполярный апротонный растворитель. Широко применяется в различных областях химии, а также в качестве лекарственного средства. Относится к малоопасным (малотоксичным) веществам - четвертый класс опасности.

Пористую структуру получаемых пористых углеродных материалов, их прекурсоров оценивают, определяя удельную площадь поверхности, м²/г, удельный объем пор, см³/г, средний диаметр пор, нм.

Так, на Фиг. 1 и 2 представлены дифрактограммы прекурсоров, полученные в результате щелочного гидролиза ПЭТФ по предложенному способу и последующим удалением растворителя по примерам 1-6, где номера дифрактограмм на Фиг. 1 и 2 соответствуют порядковым номерам примеров.

Фазовый анализ показывает, что в результате щелочного гидролиза образуется терефталат калия или натрия в зависимости от используемой щелочи.

При увеличении содержания щелочи в прекурсоре увеличивается доля карбоната калия/натрия, который образуется в результате взаимодействия образовавшейся соли терефталевой кислоты с остатками щелочи.

На Фиг. 3-5 представлены типичные микрофотографии со сканирующего электронного микроскопа пористого углеродного материала, полученного из бутылочного пластика по предложенному способу. Микрофотографии соответствуют шести образцам, которые отличаются условиями проведения щелочного гидролиза:

а) - в качестве щелочи используют гидроксид калия с массовым соотношением KOH : ПЭТФ = 0,5: 1 (пример 1);

б) - в качестве щелочи используют гидроксид калия с массовым соотношением KOH : ПЭТФ = 1:1 (пример 2);

в) - в качестве щелочи используют гидроксид калия с массовым соотношением KOH : ПЭТФ = 2:1 (пример 3);

г) - в качестве щелочи используют гидроксид натрия с массовым соотношением NaOH : ПЭТФ = 0,5: 1 (пример 4);

д) - в качестве щелочи используют гидроксид натрия с массовым соотношением NaOH : ПЭТФ = 1:1 (пример 5);

е) - в качестве щелочи используют гидроксид натрия с массовым соотношением NaOH : ПЭТФ = 2:1 (пример 6).

На Фиг. 3-5 хорошо видно, что морфология полученных углеродных материалов отличается в зависимости от используемой щелочи. Так, в случае гидроксида калия углеродный материал представляет собой углеродные гранулы осколочной морфологии, характеризующиеся губчатой структурой с внутренними сферическими или эллипсоидальными полостями. В случае гидроксида натрия, частицы углеродного материала обладают цилиндрической формой с развитой, неоднородной поверхностью.

На Фиг. 6 и 7 представлены дифрактограммы пористых углеродных материалов, полученных по примерам 1 - 6, где обозначения дифрактограмм в виде 1', 2', 3' и т.д. соответствуют порядковым номерам примеров, соответственно.

Дифрактограммы характеризуются наличием размытых максимумов в области углов 2θ=24-40° и 2θ=60-70°. Данные максимумы близки к плоскостям отражения (002) и (101) фазы графита. Особенно сильно смещен влево первый максимум, что говорит о формировании сильно дефектной углеродной структуры с ближним порядком.

Адсорбционные свойства полученных пористых углеродных материалов оценивают по величине сорбции водного раствора метиленового синего. Каждый адсорбционный тест проводят путем добавления 0,05 г адсорбента в 50 мл водного раствора красителя, концентрация красителя в растворе составляет 500 мг/л, рН раствора ~ 6,5. Полученную суспензию перемешивают на шейкере при 160 об/мин при комнатной температуре в течение различных периодов времени до 3 ч.

Порошок адсорбента отделяют центрифугированием со скоростью вращения 4000 об/мин в течение 10 мин.

Для определения концентрации красителя в водном растворе снимают УФ-спектры. Интенсивность пика при 664 нм, полученная на УФ-спектрофотометре (Shimadzu UV-1700), используют для расчета остаточного содержания красителя путем сравнения с калибровочной кривой.

Емкость по метиленовому синему q_e (мг/г) определяют согласно уравнению:

где - начальная и равновесная концентрации красителя,

соответственно, мг/л;

- объем раствора красителя, л;

- масса адсорбента, г.

Адсорбционные тесты повторяют три раза, вычисляют средние значения и данные по адсорбционным свойствам представляют в таблице. В таблице представлена емкость по метиленовому синему при контакте углеродного материала и красителя в течение 2 часов.

При более длительном контакте величина сорбции не изменяется.

Для определения концентрации красителя в водном растворе снимают УФ-спектры. Интенсивность пика при 664 нм, полученная на УФ-спектрофотометре (Shimadzu UV-1700), используют для расчета остаточного содержания красителя путем сравнения с калибровочной кривой.

Нижеследующие примеры иллюстрируют заявляемое техническое решение.

Пример 1

В стеклянную колбу объемом 70 мл загружают 1 г разрезанного на куски бутылочного пластика на основе ПЭТФ. В колбу заливают 20 мл диметилсульфоксида и нагревают до 180°С. После полного растворения кусочков бутылки, полученный раствор остужают до 150°С и добавляют 30 мл водного раствора щелочи с массовым соотношением KOH : ПЭТФ = 0,5: 1.

Щелочной гидролиз выпавшего белого осадка проводят при температуре 150°С до полного его исчезновения и образования полностью прозрачного раствора. В данном примере время гидролиза составляло около 10 минут. Далее осуществляют сушку - удаление растворителя выпариванием в сушильном шкафу при температуре не выше 80°С до постоянной массы с получением белого порошка, представляющего собой терефталат калия (Фиг. 1).

После этого полученный порошок подвергают температурной обработке под действием ИК-излучения в токе азота при температуре 850°С. Скорость нагрева 50°С/мин, время выдержки при конечной температуре 2 мин.

В результате получают 0,19 г пористого углеродного материала.

Выход полезного продукта составляет 19% мас.

Определяют удельную площадь поверхности, м²/г, удельный объем пор, см³/г, средний диаметр пор, нм и емкость по метиленовому синему, мг/г.

Характеристики полученного углеродного материала представлены в таблице.

Пример 2

Получают пористый углеродный материал аналогично примеру 1, но с массовым соотношением KOH : ПЭТФ = 1:1. Для этого в 30 мл дистиллированной воды растворяют 1 г KOH.

Время гидролиза составляло около 2 минут. Условия термической обработки аналогичны примеру 1.

В результате получают 0,21 г пористого углеродного материала.

Выход полезного продукта составляет 21% мае.

Определяют удельную площадь поверхности, м²/г, удельный объем пор, см³/г, средний диаметр пор, нм и емкость по метиленовому синему, мг/г.

Характеристики полученного углеродного материала представлены в таблице.

Пример 3

Получают пористый углеродный материал аналогично примеру 1, но с массовым соотношением KOH : ПЭТФ = 2:1. Для этого в 30 мл дистиллированной воды растворяют 1 г KOH. Время гидролиза составляло около 2 минут. Условия термической обработки аналогичны примеру 1.

В результате получают 0,24 г пористого углеродного материала.

Выход полезного продукта составляет 24% мас.

Определяют удельную площадь поверхности, м²/г, удельный объем пор, см³/г, средний диаметр пор, нм и емкость по метиленовому синему, мг/г. Характеристики полученного углеродного материала представлены в таблице.

Пример 4

Получают пористый углеродный материал аналогично примеру 1, но в качестве щелочи используют гидроксид натрия с массовым соотношением NaOH : ПЭТФ = 0,5:1. Для этого в 30 мл дистиллированной воды растворяют 1 г NaOH. Время гидролиза составляло около 8 минут. Условия термической обработки аналогичны примеру 1.

В результате получают 0,20 г пористого углеродного материала.

Выход полезного продукта составляет 20% мае.

Определяют удельную площадь поверхности, м²/г, удельный объем пор, см³/г, средний диаметр пор, нм и емкость по метиленовому синему, мг/г.Характеристики полученного углеродного материала представлены в таблице.

Пример 5

Получают пористый углеродный материал аналогично примеру 1, но в качестве щелочи используют гидроксид натрия с массовым соотношением NaOH : ПЭТФ = 1:1. Для этого в 30 мл дистиллированной воды растворяют 1 г NaOH. Время гидролиза составляло около 2 минут. Условия термической обработки аналогичны примеру 1.

В результате получают 0,23 г пористого углеродного материала.

Выход полезного продукта составляет 23% мас.

Определяют удельную площадь поверхности, м²/г, удельный объем пор, см³/г, средний диаметр пор, нм и емкость по метиленовому синему, мг/г. Характеристики полученного углеродного материала представлены в таблице.

Пример 6

Получают пористый углеродный материал аналогично примеру 1, но в качестве щелочи используют гидроксид натрия с массовым соотношением NaOH : ПЭТФ = 2:1. Для этого в 30 мл дистиллированной воды растворяют 2 г NaOH. Время гидролиза составляло около 2 минут. Условия термической обработки аналогичны примеру 1.

В результате получают 23 г пористого углеродного материала.

Выход полезного продукта составляет 23% мас.

Определяют удельную площадь поверхности, м²/г, удельный объем пор, см³/г, средний диаметр пор, нм и емкость по метиленовому синему, мг/г. Характеристики полученного углеродного материала представлены в таблице.

Пример 7

В стеклянную колбу объемом 70 мл загружают 1 г разрезанного на куски бутылочного пластика на основе ПЭТФ. В колбу заливают 20 мл диметилсульфоксида и нагревают до 170°С. После полного растворения кусочков бутылки, полученный раствор остужают до 140°С и добавляют 30 мл водного раствора щелочи с массовым соотношением KOH : ПЭТФ = 2:1.

Щелочной гидролиз выпавшего белого осадка проводят при температуре 140°С до полного его исчезновения и образования полностью прозрачного раствора. В данном примере время гидролиза составляло около 15 минут. Далее осуществляют сушку - удаление растворителя выпариванием в сушильном шкафу при температуре не выше 80°С до постоянной массы с получением белого порошка, представляющего собой терефталат калия (Фиг. 1).

После этого полученный порошок подвергают температурной обработке под действием ИК-излучения в токе азота при температуре 800°С. Скорость нагрева 50°С/мин, время выдержки при конечной температуре 2 мин.

В результате получают 0,20 г пористого углеродного материала.

Выход полезного продукта составляет 20% мае.

Определяют удельную площадь поверхности, м²/г, удельный объем пор, см³/г, средний диаметр пор, нм и емкость по метиленовому синему, мг/г. Характеристики полученного углеродного материала представлены в таблице.

Пример 8

В стеклянную колбу объемом 70 мл загружают 1 г разрезанного на куски бутылочного пластика на основе ПЭТФ. В колбу заливают 20 мл диметилсульфоксида и нагревают до 160°С. После полного растворения кусочков бутылки, полученный раствор остужают до 130°С и добавляют 30 мл водного раствора щелочи с массовым соотношением KOH : ПЭТФ = 2:1.

Щелочной гидролиз выпавшего белого осадка проводят при температуре 130°С до полного его исчезновения и образования полностью прозрачного раствора. В данном примере время гидролиза составляло около 30 минут. Далее осуществляют сушку - удаление растворителя выпариванием в сушильном шкафу при температуре не выше 80°С до постоянной массы с получением белого порошка, представляющего собой терефталат калия (Фиг. 1).

После этого полученный порошок подвергают температурной обработке под действием ИК-излучения в токе азота при температуре 900°С. Скорость нагрева 50°С/мин, время выдержки при конечной температуре 2 мин.

В результате получают 0,21 г пористого углеродного материала.

Выход полезного продукта составляет 21% мае.

Определяют удельную площадь поверхности, м²/г, удельный объем пор, см³/г, средний диаметр пор, нм и емкость по метиленовому синему, мг/г. Характеристики полученного углеродного материала представлены в таблице.

Пример 9

В стеклянную колбу объемом 70 мл загружают 1 г разрезанного на куски бутылочного пластика на основе ПЭТФ. В колбу заливают 20 мл диметилсульфоксида и нагревают до 170°С. После полного растворения кусочков бутылки, полученный раствор остужают до 140°С и добавляют 30 мл водного раствора щелочи с массовым соотношением NaOH : ПЭТФ = 2:1.

Щелочной гидролиз выпавшего белого осадка проводят при температуре 140°С до полного его исчезновения и образования полностью прозрачного раствора. В данном примере время гидролиза составляло около 12 минут. Далее осуществляют сушку - удаление растворителя выпариванием в сушильном шкафу при температуре не выше 80°С до постоянной массы с получением белого порошка, представляющего собой терефталат калия (Фиг. 1).

После этого полученный порошок подвергают температурной обработке под действием ИК-излучения в токе азота при температуре 800°С. Скорость нагрева 50°С/мин, время выдержки при конечной температуре 2 мин.

В результате получают 0,22 г пористого углеродного материала. Выход полезного продукта составляет 22% мас.

Определяют удельную площадь поверхности, м²/г, удельный объем пор, см³/г, средний диаметр пор, нм и емкость по метиленовому синему, мг/г. Характеристики полученного углеродного материала представлены в таблице.

Пример 10

В стеклянную колбу объемом 70 мл загружают 1 г разрезанного на куски бутылочного пластика на основе ПЭТФ. В колбу заливают 20 мл диметилсульфоксида и нагревают до 160°С. После полного растворения кусочков бутылки, полученный раствор остужают до 130°С и добавляют 30 мл водного раствора щелочи с массовым соотношением NaOH : ПЭТФ = 2:1.

Щелочной гидролиз выпавшего белого осадка проводят при температуре 130°С до полного его исчезновения и образования полностью прозрачного раствора. В данном примере время гидролиза составляло около 24 минут. Далее осуществляют сушку - удаление растворителя выпариванием в сушильном шкафу при температуре не выше 80°С до постоянной массы с получением белого порошка, представляющего собой терефталат калия (Фиг. 1).

После этого полученный порошок подвергают температурной обработке под действием ИК-излучения в токе азота при температуре 900°С.

Скорость нагрева 50°С/мин, время выдержки при конечной температуре 2 мин.

В результате получают 0,22 г пористого углеродного материала.

Выход полезного продукта составляет 22% мае.

Определяют удельную площадь поверхности, м²/г, удельный объем пор, см³/г, средний диаметр пор, нм и емкость по метиленовому синему, мг/г.

Характеристики полученного углеродного материала представлены в таблице.

Из таблицы следует, что термическое разложение терефталата калия приводит к синтезу углеродных материалов с более высокой удельной поверхностью в диапазоне 845 - 1184 м²/г по сравнению с терефталатом натрия, термического разложение которого приводит к получению углеродных материалов с удельной поверхностью в диапазоне 703 - 807 м²/г.

В ряду образцов с одинаковой температурой пиролиза (примеры 1-3) при увеличении массового соотношения KOH : ПЭТФ до 1 происходит увеличение удельной площади поверхности с 845 до 1184 м²/г. Дальнейшее увеличение содержания щелочи приводит к небольшому уменьшению удельной поверхности до 1086 м²/г.

В случае использования гидроксида натрия в щелочном гидролизе ПЭТФ (примеры 4-6) наблюдается обратная зависимость - с ростом содержания щелочи удельная площадь поверхности углеродного материала уменьшается с 807 до 752 м²/г.

В ряду образцов с одинаковым содержанием щелочи, но разной температурой пиролиза (примеры 7-10) было установлено, что как при использовании гидроксида калия, так и гидроксида натрия углеродный материал с наибольшей величиной удельной поверхности получается при температуре отжига 850°С.

Таким образом, с помощью предлагаемого способа переработки отходов ПЭТФ получают 19-24% мае. товарного продукта - углеродных пористых материалов, которые можно отнести к классу активированных углеродов, с удельной площадью, варьирующейся от 500 до 2000 м /г в зависимости от таких факторов, как природа исходного материала, степени и способа активации, описанному в работе [5]. Для понимания и возможности сравнения характеристик полученных пористых углеродных материалов приводим пример способа получения активированного угля из микрокристаллической целлюлозы, описанный в патенте [6], согласно которому получают активированные угли с удельной площадью поверхности в диапазоне 1132 - 1885 м²/г., что сопоставимо с удельной площадью поверхности предлагаемых углеродных пористых материалов, но полученных из бросовых материалов-отходов, что, с одной стороны, дает отходам ПЭТФ вторую жизнь, а с другой - решает еще и экологическую проблему, связанную с защитой окружающей среды.

Список литературы:

1. Патент РФ 2188262 С2, кл. МПК D01F 13/04, C08J 11/04, опубл. 27.08.2002.

2. Патент РФ 2433115 С1, кл. МПК С07 63/06, C08J 11/04, C08J 11/12, опубл. 10.11.2011.

3. US 0219339 А1, кл. МПК C08G 67/00, опубл. 20.09.2007.

4. Патент РФ 2616299 С1, кл. МПК C08J 11/16, C08J 11/22, С07С 63/26, С07С 51/347, опубл. 14.04.2017.

5. Roberts J. R., Gracely E. J., Schoffstall J. M. Advantage of high-surface-area charcoal for gastrointestinal decontamination in a human acetaminophen ingestion model // Academic emergency medicine. 1997. V. 4(3), P. 167-174.

6. Патент РФ 2480407 C2, кл. МПК C01B 31/08, C01B 31/14, A24D 3/16, опубл. 27.04.2013.

Изобретение относится к области переработки отходов полиэтилентерефталата (ПЭТФ) в углеродный материал. Предложен способ переработки отходов ПЭТФ, включающий предварительное растворение отхода полиэтилентерефталата в диметилсульфоксиде при температуре 160-180°С, добавление гидроксида щелочного металла и щелочной гидролиз растворенного отхода ПЭТФ при температуре 130-150°С и атмосферном давлении с получением соли терефталевой кислоты с последующим ее пиролизом под действием ИК-излучения в инертной атмосфере при температуре 800-900°С (два варианта, использующих разные гидроксиды щелочного металла). Технический результат – утилизация отходов ПЭТФ с меньшими энергетическими затратами, позволяющая получить пористый углеродный материал с использованием более безопасного растворителя - диметилсульфоксида. 2 н.п. ф-лы, 7 ил., 1 табл., 10 пр.

1. Способ переработки отхода полиэтилентерефталата, включающий предварительное растворение отхода полиэтилентерефталата (ПЭТФ) в органическом растворителе при температуре 160-180°С, добавление гидроксида щелочного металла и щелочной гидролиз растворенного отхода ПЭТФ при температуре 130-150°С и атмосферном давлении с образованием соли терефталевой кислоты, отличающийся тем, что отход ПЭТФ перед растворением измельчают, в качестве растворителя используют диметилсульфоксид, в качестве гидроксида щелочного металла - КОН при массовом соотношении отход ПЭТФ/КОН, равном 1/(0,5-2), щелочной гидролиз проводят в течение 2-30 мин, полученную соль терефталевой кислоты - терефталат калия выделяют и сушат с получением прекурсора, который подвергают пиролизу под действием ИК-излучения в токе азота с шагом нагрева 50°С/мин до температуры 800-900°С с выдерживанием при конечной температуре до получения пористого углеродного материала со следующими пористыми характеристиками:

удельная площадь поверхности: 845-1184 м²/г;

удельный объем пор: 0,5-0,8 см³/г;

средний диаметр пор: 2,4-2,9 нм.

2. Способ переработки отхода полиэтилентерефталата, включающий предварительное растворение отхода полиэтилентерефталата (ПЭТФ) в органическом растворителе при температуре 160-180°С, добавление гидроксида щелочного металла и щелочной гидролиз растворенного отхода ПЭТФ при температуре 130-150°С и атмосферном давлении с образованием соли терефталевой кислоты, отличающийся тем, что отход ПЭТФ перед растворением измельчают, в качестве растворителя используют диметилсульфоксид, в качестве гидроксида щелочного металла - NaOH при массовом соотношении отход ПЭТФ/NaOH, равном 1/(0,5-2), процесс гидролиза проводят в течение 2-24 мин, полученную соль терефталевой кислоты - терефталат натрия выделяют и сушат с получением прекурсора, который подвергают пиролизу под действием ИК-излучения в токе азота с шагом нагрева 50°С/мин до температуры 800-900°С с выдерживанием при конечной температуре до получения пористого углеродного материала со следующими пористыми характеристиками:

Удельная площадь поверхности: 703-789 м²/г;

Удельный объем пор: 1,0-1,2 см³/г;

Средний диаметр пор: 5,2-7,2 нм.