一种由废旧聚氨酯硬泡制备吸附分离材料的方法
【专利摘要】本发明公开了一种由废旧聚氨酯硬质泡沫塑料制备吸附分离材料的方法，包括将废旧聚氨酯硬泡投入破碎机中粉碎成粉末状泡沫颗粒、粉末状泡沫颗粒分离去除杂质、将去除杂质后的硬泡颗粒置于一定温度的碱性介质中降解，得吸附分离材料。本发明工艺简单、反应条件温和、成本低，既废物利用，又环保。本发明中废旧聚氨酯硬泡的再生利用方法实现了废旧聚氨酯硬质泡沫塑料的高效、绿色循环利用，所生产的吸附分离材料可应用于纯化分离、废水处理、填充剂等领域。
【专利说明】
一种由废旧聚氨酯硬泡制备吸附分离材料的方法
技术领域
[0001] 本发明属于废旧聚氨酯硬泡的再生利用技术领域，尤其涉及通过物理破碎和化学 降解相结合的方法由废旧聚氨酯硬泡制备吸附分离材料。
【背景技术】
[0002] 聚氨酯硬质泡沫塑料是一种高度交联的热固性材料。聚氨酯硬泡多为闭孔结构， 具有绝热效果好、重量轻、比强度大、施工方便等优良特性，同时还具有隔音、防震、电绝缘、 耐热、耐寒、耐溶剂等特点，广泛用于冰箱、冰柜的箱体绝热层、冷库、冷藏车等绝热材料，建 筑物、储罐及管道保温材料，少量用于非绝热场合，如仿木材、包装材料等。一般而言，较低 密度的聚氨酯硬泡主要用作隔热(保温）材料，较高密度的聚氨酯硬泡可用作结构材料。由 于聚氨酯硬质泡沫塑料的广泛的使用也导致了大量聚氨酯硬泡废弃物的出现(废料与边角 料)。这些废旧聚氨酯硬泡不但导致了资源的浪费，还容易导致环境污染，因此对聚氨酯硬 泡的回收和处理成为迫切需要解决的问题。
[0003] 一般说来，硬质聚氨酯泡沫塑料的回收处理有如下几种方法：物理粉碎法、化学降 解法以及燃烧回收热能法。废旧聚氨酯硬质泡沫废料经物理粉碎法制成的产品的性能较 差，只能作低档用品使用。化学降解法回收原材料貌似最好，但降解反应复杂，产物成分复 杂，难以分离有效成分。目前处理废旧聚氨酯硬泡采用最多的还是燃烧回收热能法。由于 焚烧会产生大量的有害气体，部分聚氨酯硬泡要按危险废物处置，所以应该采用专门的焚 烧装置，过程采取防爆、阻燃的措施，以减少对环境造成的损害。
[0004] 聚氨酯开孔泡沫塑料具有多孔结构、大的比表面积、其分子中有大量的极性基团， 如羰基（> c=0)和亚氨基（> N - H)等。因此，聚氨酯泡沫材料可以通过范德华力、氢键等 多种方式实现对金属离子、有机物等的有效吸附。此外，聚氨酯分子的醚键对与醚类溶剂混 溶的有机物也具有很好的吸附效果，可作为吸附剂用于水环境中有机物的富集分离过程。 专利CN103071467中提出一种利用废旧聚氨酯海绵制备的重金属捕集材料及制备方法。该 专利中用到的聚氨酯海绵属于聚氨酯软泡，是一种开孔型的聚氨酯泡沫塑料。
[0005] 目前用来制备吸附材料的聚氨酯泡沫通常是开孔结构，而聚氨酯硬质泡沫塑料大 部分都是闭孔结构。如何根据聚氨酯硬泡材料的特点以及吸附分离材料的特点将废旧聚氨 酯硬泡转化为吸附分离材料是一项有意义的课题。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种由废旧聚氨酯硬泡制备吸附分离材料的方法。
[0007] 本发明中通过物理破碎和化学降解相结合的方法由废旧聚氨酯硬泡制备吸附分 离材料；本发明工艺简单、反应条件温和、成本低，既废物利用，又环保。本发明中废旧聚氨 酯硬泡的再生利用方法实现了废旧聚氨酯硬质泡沫塑料的高效、绿色循环利用，所生产的 吸附分离材料可应用于纯化分离、废水处理、填充剂等领域。
[0008] 本次发明所提出的技术方案是：由废旧聚氨酯硬泡经过粉碎、除杂、碱降解三步 制备吸附分离材料： (1) 将废旧聚氨酯硬质泡沫塑料投入高速剪切破碎机中粉碎成粉末状硬泡颗粒； (2) 粉末状硬泡颗粒分离去除杂质； (3) 将去除杂质后的聚氨酯硬泡颗粒加入到质量浓度为1~50%的碱液中（聚氨酯硬 泡颗粒用量为碱液质量的1~50%)，控制温度为20~80°C，在搅拌下碱化降解0. 1~3h ; 反应完毕后过滤，先后用1~10%的醋酸、水洗涤后干燥，得到吸附分离材料成品。
[0009] 本发明中废旧聚氨酯硬泡的破碎一步要求聚氨酯硬泡颗粒粉碎至20目以下，最 优为100目以下； 本发明中碱降解一步选用的碱为KOH、NaOH、CH3C00K、CH3C00Na中的1种；选用的介质 为水、甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇、甘油中的1~2种。
[0010] 如何将废旧聚氨酯硬泡转化为开孔结构是影响聚氨酯硬泡吸附性能的关键问题。 大部分聚氨酯硬泡泡孔的平均直径在1〇〇~200 μ m之间。本发明技术先用高速剪切机物 理粉碎聚氨酯硬泡使其碎片的平均直径在毫米级，再结合化学碱降解的方式实现将聚氨酯 硬泡的闭孔结构转化为开孔结构。
[0011] 碱降解除了可以减小聚氨酯硬泡颗粒的粒径、开孔以外，还可以在聚氨酯硬泡颗 粒表面引入活性伯氨基。聚氨酯硬泡的主要官能团为氨基甲酸酯和脲，其在反应介质中碱 降解的方程式如式1所示。伯氨基作为一个性质活泼的基团可以与很多酸性活性物质或者 金属离子发生化学键合作用，伯氨基的增加改善了聚氨酯硬泡颗粒的吸附性能。
[0012]
式1聚氨酯硬泡的碱降解示意 本发明结合废旧聚氨酯硬泡的处理难题与聚氨酯开孔泡沫塑料材料具有良好吸附性 能的特点，通过对废旧聚氨酯硬泡先进行物理破碎开孔然后再以化学碱降解方式进一步开 孔改性制备聚氨酯硬泡吸附材料。本发明技术将易产生环境污染的废旧聚氨酯硬泡制备成 吸附分离材料，这为解决聚氨酯硬泡边角废料处置问题提供一条经济可行的途径，同时也 可为环境保护、活性物质的分离提纯等领域提供了一种新型价廉的吸附分离材料。
【具体实施方式】 [0013] ：下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
[0014] 实施例1 :将废旧聚氨酯泡沫用高速剪切破碎机粉碎，过100目筛，水洗除杂后于 80 °C下干燥至恒重。
[0015] 将粉碎的聚氨酯泡沫5g加入50mL 20~80°C的1~50%的NaOH水溶液中，搅拌 一定时0. 1~3hr后，抽滤并依次用1~10%醋酸溶液和水洗涤后干燥，得到吸附分离材料 成品。
[0016] 实施例2-4 :方法同实施例1，即分别用K0H、CH3C00K、CH3C00Na中的1种替代实施 例1中的NaOH，分别得到相应的吸附分离材料。
[0017] 实施例5-24 :用水、甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇、甘油中的1~2种分别代替实施 例1中NaOH水溶液中的水，其他条件同实施例1，得到相应的吸附分离材料。
[0018] 实施例25-44 :用水、甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇、甘油中的1~2种分别代替实施 例2中Κ0Η水溶液中的水，其他条件同实施例2,得到相应的吸附分离材料。
[0019] 实施例45-64 :用水、甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇、甘油中的1~2种分别代替实施 例3中CH3C00K水溶液中的水，其他条件同实施例3,得到相应的吸附分离材料。
[0020] 实施例65-84 :用水、甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇、甘油中的1~2种分别代替实施 例4中CH3C00Na水溶液中的水，其他条件同实施例4,得到相应的吸附分离材料。
[0021] 实施例85 :由实施例1得到的吸附分离材料，测定其氮含量为0. 94%，伯氨基含 量为0. 019mmol/g ;上述吸附分离材料在4g/L的刚果红溶液中（T=25°C，pH=9. 36)吸附 3hr，对刚果红的吸附量可达到1. 45g/g。
【主权项】
1. 一种由废旧聚氨酯硬泡制备吸附分离材料的方法，其特征是：依次包括下列步骤： (1) 将废旧聚氨酯硬质泡沫塑料投入破碎机中粉碎成粉末状硬泡颗粒； (2) 粉末状硬泡颗粒分离去除杂质； (3) 将1~50%的去除杂质后的聚氨酯硬泡颗粒加入到质量浓度为1~50%的碱液中， 控制温度为20~80°C，在搅拌下碱化降解0. 1~3h ;反应完毕后过滤，先后用1~10%的 醋酸、水洗涤后干燥，得到吸附分离材料成品。2. 根据权利要求1所述由废旧聚氨酯硬泡制备吸附分离材料的方法，其特征是：步骤 (1)中聚氨酯硬泡颗粒粉碎至20目以下，最优为100目以下。3. 根据权利要求1所述由废旧聚氨酯硬泡制备吸附分离材料的方法，其特征是：步骤 ⑶中选用的碱为KOH、NaOH、CH3C00K、CH 3C00Na中的1种。4. 根据权利要求1所述由废旧聚氨酯硬泡制备吸附分离材料的方法，其特征是：步骤 ⑶中选用的碱降解介质为水、甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇、甘油中的1~2种。
【文档编号】B01J20/26GK105837854SQ201510015625
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年1月13日
【发明人】郭磊, 李桂英, 刘军深, 刘训恿, 马松梅
【申请人】鲁东大学