一种高效光降解聚酯纤维的方法与流程

本发明涉及高分子的光降解，具体地，涉及一种高效光降解聚酯纤维的方法,属于催化剂的制备与应用领域。

背景技术：

当前，随着经济和科技的快速发展，聚酯纤维的应用日益广泛，以服装纺织品、非织造布等形式产生的聚酯纤维废弃物也随之逐年增多。据统计，2013年，中国每年纺织纤维消耗量为3800万吨，产生的废旧纺织品高达2350多万吨。然而目前废旧纺织品的主要处理方式为掩埋或焚烧，掩埋不仅需要几十年甚至上百年时间才能彻底降解，而且需要浪费大量的土地；而焚烧则会造成严重的大气污染，因此对废旧聚酯纤维进行回收利用是必然趋势。

现今，对废旧聚酯纤维纺织品的回收再利用技术主要有物理回收、化学回收两种，物理回收即将这些废弃聚酯类衣物，经简单的加工，做成家用拖把类等次生用品，此方式极大降低了纤维材料的价值；化学方法包括化学改进和化学降解，化学改进主要是改变原就有酯结构；化学降解是当今的研究热点，此方法中无论是中性水解还是两性水解，存在着诸如效率低、污染大等缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种高效光降解聚酯纤维的方法，该降解方法具有降解率高、绿色环保和能耗低的特点。

该方法包括：

在光源的存在下，将聚酯纤维、十六烷基三甲基溴化铵、催化剂和水混合并进行降解反应；所述光源的功率为300-1000W，降解时间为1-5h；重量比为：聚酯纤维：十六烷基三甲基溴化铵：催化剂：水＝100：20-40：0.5-2：300-700；

所述催化剂的制备方法为：

1)将贝壳粉与凹凸棒土置于酸液中进行浸泡、过滤取滤饼以制得活化物；重量比为：贝壳粉：凹凸棒土：酸液＝100：42-56：200-300；

2)将可溶性铈盐、五氯化钽、氧化石墨烯、水合肼、水和所述活化物置于密闭的环境中进行水热反应、过滤去滤饼以制得水热产物；重量比为：可溶性铈盐：五氯化钽：氧化石墨烯：水合肼：水：活化物＝100：30-45：8-10：25-33：300-500：60-85；反应温度为140-160℃，反应时间为16-20h；

3)将所述水热产物置于钼酸盐水溶液中进行浸渍，接着烘干、焙烧以制得所述催化剂；所述钼酸盐水溶液为150-200重量份，且钼酸盐水溶液中钼酸盐的浓度为30-40重量％；浸渍温度为70-85℃，浸渍时间为5-7h；烘干温度为100-120℃，烘干时间为2-3h；焙烧温度为380-420℃，焙烧时间为60-80min。

所述光源为可见光光源或者红外线光源。

所述催化剂的制备方法步骤1)中酸液选自磷酸溶液、盐酸溶液或硫酸溶液，pH为5-6.5；

所述催化剂的制备方法步骤2)可溶性铈盐选自三氯化铈、硝酸铈和硫酸铈中的一种或多种。

有益效果

通过上述技术方案，本发明提供的催化剂通过各原料以及各步骤的协同作用使得制得的催化剂对于聚酯纤维的光降解具有优异的催化效率；同时，该降解方法具有降解率高、绿色环保和能耗低的特点。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供了本发明提供了一种高效光降解聚酯纤维的方法，该方法包括：在光源的存在下，将聚酯纤维、十六烷基三甲基溴化铵、催化剂和水混合并进行降解反应；其中，催化剂的催化剂的制备方法为：1)将贝壳粉与凹凸棒土置于酸液中进行浸泡、过滤取滤饼以制得活化物；2)将可溶性铈盐、五氯化钽、氧化石墨烯、水合肼、水和活化物置于密闭的环境中进行水热反应、过滤去滤饼以制得水热产物；3)将水热产物置于钼酸盐水溶液中进行浸渍，接着烘干、焙烧以制得催化剂。

在上述光降解方法中，各物料的用量可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高光降解率，优选地，相对于100重量份的聚酯纤维，十六烷基三甲基溴化铵的用量为20-40重量份，催化剂的用量为0.5-2重量份，水的用量为300-700重量份。

在上述光降解方法中，降解反应的具体条件可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高光降解率，优选地，降解反应至少满足以下条件：光源的功率为300-1000W，降解时间为1-5h。

上述光降解方法中，光源的具体种类可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高光降解率以及考虑到能耗和环保，优选地，光源为可见光光源或者红外线光源。

在上述步骤1)中，各物料的用量可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高光降解率，优选地，在步骤1)中，相对于100重量份的贝壳粉，凹凸棒土的用量为42-56重量份，酸液的用量为200-300重量份。

同时，在上述步骤1)中，酸液的pH可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高光降解率，优选地，酸液的pH为5-6.5。

在本发明中，酸液的具体种类可以在宽的范围内选择，但是从酸化的效果以及成本上考虑，优选地，酸液选自磷酸溶液、盐酸溶液或硫酸溶液。

此外，在本发明的步骤1)中，浸泡的具体条件可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高光降解率，优选地，在步骤1)中，浸泡至少满足以下条件：浸泡温度为45-60℃，浸泡时间为40-60min。

在上述催化剂的制备方法的步骤2)中，各物料的用量可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高光降解率，优选地，在步骤2)中，相对于100重量份的可溶性铈盐，五氯化钽的用量为30-45重量份，氧化石墨烯的用量为8-10重量份，水合肼的用量为25-33重量份，水的用量为300-500重量份，活化物的用量为60-85重量份。

上述催化剂的制备方法的步骤2)中，可溶性铈盐的具体种类可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高光降解率，优选地，可溶性铈盐选自三氯化铈、硝酸铈和硫酸铈中的一种或多种。

上述催化剂的制备方法的步骤2)中，水热反应的具体条件可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高光降解率，优选地，在步骤2)中，水热反应至少满足以下条件：反应温度为140-160℃，反应时间为16-20h。

上述催化剂的制备方法的步骤3)中，各物料的用量可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高光降解率，优选地，在步骤3)中，在步骤3)中，相对于100重量份的水热产物，钼酸盐水溶液的用量为150-200重量份，且钼酸盐水溶液中钼酸盐的浓度为30-40重量％；

上述催化剂的制备方法的步骤3)中，钼酸盐水溶液的种类可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高光降解率，优选地，钼酸盐水溶液选自钼酸钾水溶液、钼酸钠水溶液、钼酸铍水溶液和钼酸镁水溶液中的一种或多种。

上述催化剂的制备方法的步骤3)中，浸渍的具体条件可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高光降解率，优选地，在步骤3)中，浸渍至少满足以下条件：浸渍温度为70-85℃，浸渍时间为5-7h。

上述催化剂的制备方法的步骤3)中，烘干的具体条件可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高光降解率，优选地，烘干至少满足以下条件：烘干温度为100-120℃，烘干时间为2-3h。

上述催化剂的制备方法的步骤3)中，焙烧的具体条件可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高光降解率，优选地，焙烧至少满足以下条件：焙烧温度为380-420℃，焙烧时间为60-80min。

以下将通过制备例对本发明进行详细描述。

制备例1

1)在50℃下，将贝壳粉与凹凸棒土置于pH为5.5的盐酸溶液中进行浸泡50min(贝壳粉、凹凸棒土、酸液的重量比为100：48：250)、过滤取滤饼以制得活化物；

2)将硝酸铈、五氯化钽、氧化石墨烯、水合肼、水和活化物按照100：35：9：29：400：75的重量比混合，接着置于150℃的密闭的环境中进行水热反应18h、过滤去滤饼以制得水热产物；

3)在78℃下，将水热产物置于浓度为35重量％的钼酸钠水溶液(水热产物与钼酸盐水溶液的重量比为100：180)中进行浸渍6h；接着于110℃下烘干2.5h、于400℃下焙烧70min以制得催化剂A1。

制备例2

1)在45℃下，将贝壳粉与凹凸棒土置于pH为5的磷酸溶液中进行浸泡40min(贝壳粉、凹凸棒土、酸液的重量比为100：42：200)、过滤取滤饼以制得活化物；

2)将三氯化铈、五氯化钽、氧化石墨烯、水合肼、水和活化物按照100：30：8：25：300：60的重量比混合，接着置于140℃的密闭的环境中进行水热反应16h、过滤去滤饼以制得水热产物；

3)在70℃下，将水热产物置于浓度为30重量％的钼酸镁水溶液(水热产物与钼酸盐水溶液的重量比为100：150)中进行浸渍5h；接着于100℃下烘干2h、于380℃下焙烧60min以制得催化剂A2。

制备例3

1)在60℃下，将贝壳粉与凹凸棒土置于pH为6.5的硫酸溶液中进行浸泡60min(贝壳粉、凹凸棒土、酸液的重量比为100：56：300)、过滤取滤饼以制得活化物；

2)将硫酸铈、五氯化钽、氧化石墨烯、水合肼、水和活化物按照100：45：10：33：500：85的重量比混合，接着置于160℃的密闭的环境中进行水热反应20h、过滤去滤饼以制得水热产物；

3)在85℃下，将水热产物置于浓度为40重量％的钼酸镁水溶液(水热产物与钼酸盐水溶液的重量比为100：200)中进行浸渍7h；接着于120℃下烘干3h、于420℃下焙烧80min以制得催化剂A3。

对比例1

按照制备例1的方法制得催化剂B1，所不同的是，步骤1)中未使用贝壳粉。

对比例2

按照制备例1的方法制得催化剂B2，所不同的是，步骤1)中未使用凹凸棒土。

对比例3

按照制备例1的方法制得催化剂B3，所不同的是，步骤2)中未使用氧化石墨烯和水合肼(水合肼可将氧化石墨烯还原成石墨烯)。

对比例4

按照制备例1的方法制得催化剂B4，所不同的是，步骤2)中未使用硝酸铈。

对比例5

按照制备例1的方法制得催化剂B5，所不同的是，步骤2)中未使用五氯化钽。

对比例6

按照制备例1的方法制得催化剂B6，所不同的是，未进行步骤6)。

对比例7

按照制备例1的方法制得催化剂B7，所不同的是，步骤6)中无焙烧工序。

实施例1

在可见光或者红外线的存在下，将聚酯纤维、十六烷基三甲基溴化铵、上述催化剂和水按照一定的重量比混合后进行光降解，接着将降解产物进行过滤，然后将质量分数为10％的氢氧化钠溶液洗涤过滤得到的固体，最后将最终的固体进行称重计算降解率，其中，具体的降解结果以及降解条件见表1。

表1

通过上述制备例、对比例和实施例可知，本发明提供的催化剂对于聚酯纤维的光降解具有优异的催化性能。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。