太阳能是一种绿色、清洁的能源.将可再生太阳能转化为热能驱动聚酯醇解反应,即发展光热催化聚酯醇解方法,实现废弃塑料转化为高纯度、高附加值单体,有望解决传统热催化体系效率低、能耗高的问题,实现废弃塑料的高效增值回收利用.一方面,光热催化体系可满足传统热催化所需的反应温度,同时光热催化过程中存在的局域热效应,可进一步提升聚酯回收的催化活性,保障聚酯的高效醇解.另一方面,利用太阳能驱动光热催化聚酯醇解反应,不仅降低能耗,减少CO_(2)排放,还可以充分利用清洁能源,实现太阳能到化学能的高效转化.然而,催化剂的光热转化效率低、局域热效应弱以及催化活性低是限制其发展的挑战问题.本文采用模板法合成了ZIF-8纳米粒子,在ZIF-8表面包覆一层SiO_(2),经高温处理后得到一体化光热催化剂.内部碳材料在吸收太阳光后产生热能,而外层SiO_(2)可以阻止内部热的辐射损失,从而提高局域温度.此外,SiO_(2)包覆层可以抑制c-ZIF-8在高温热解过程中的聚集,使催化剂在催化反应过程中具有更好的分散性.优化后的光热催化剂(c-ZIF-8@25SiO_(2))在0.78 Wcm-2模拟太阳光照射30 min下的PET转化率为84.97%,是热催化反应性能的3.4倍.当反应时间延长至45 min时,PET转化率达到100%.动力学分析表明,光热催化PET醇解的活化能为59.35 k Jmol-1,低于大多文献报道值(通常>70 k J mol-1),更重要的是,其活化能也与热催化PET醇解的活化能(61.04 k Jmol-1)相近反应.上述结果表明,c-ZIF-8@25SiO_(2)纳米颗粒光热催化PET醇解和热催化PET醇解的反应路径可能是相同的,因此排除了光化学活化在光热催化中的贡献.此外,这种SiO_(2)包覆层也使内部催化剂具有较高的稳定性,其中PET转化率和对苯二甲酸乙二醇酯产率在5次循环后分别保持在初始值的98%和95%.在室外太阳光照射下进行PET醇解实验以及从混合塑料中选择性回收PET,进一步证明了c-ZIF-8@25SiO_(2)在光热催化PET醇解方面具有较好的用前景.技术经济分析表明,每回收1万吨PET,选择光热催化可节电6390000 k W·h,减少3089.59吨CO_(2)排放.综上,本文策略为增强光热催化中的局部加热效应提供了一种普适性方法,为构筑高效塑料回收提供理论指导及实验参考.
暂无评论