专利快讯｜北京化工大学：一种三元异质结光催化剂及其制备方法和在催化转化PLA塑料中的应用

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一种三元异质结光催化剂及其制备方法和在催化转化PLA塑料中的应用

申请人：北京化工大学

首次公开日：2022-02-28

 

专利摘要

本发明公开了一种三元异质结光催化剂及其制备方法和在催化转化PLA塑料中的应用，涉及催化剂和塑料化学回收技术领域。该光催化剂为ZnO/In2O3/MOx三元异质结光催化剂，M为过渡金属Fe或Co元素，MOx为Fe2O3或Co3O4，通过对水热法制备的MZnIn三元LDH前驱体进行焙烧制备得到。本发明制备的光催化剂能实现对塑料PLA的快速催化转化，相较于传统的化学回收技术，具有操作简便、价格低廉、催化效率高、绿色环保等优势，易于批量生产，展现出广阔的商业应用价值。

 

背景技术

随着石油化工的飞速发展，塑料制品被大量生产。当前，塑料制品在人们的日常生活普遍可见。塑料是由单体通过加聚或缩聚而成的高分子化合物，其中包含增塑剂、稳定剂、色料、润滑剂等添加剂。由于塑料具有轻便实用、绝缘性好、成本低、易加工等优点，其被广泛应用在食品、医疗、建筑等领域。然而，塑料的后期回收却面临重要的挑战，由于塑料制品使用后不合理的放置，对土壤、地下水、海洋河流、大气等造成了非常严重的生态环境问题。塑料较低的回收利用率造成了严重的资源浪费和白色污染，备受人们关注。尽管国内外已做了许多研究，但废旧塑料回收利用依旧面临诸多挑战。一方面，塑料回收过程普遍存在回收成本高、效益差等难题，导致其回收缺乏动力和积极性；更为重要的是，当前缺乏先进的废旧塑料分离和回收利用技术，阻碍了其发展。

传统塑料回收方法有焚烧、填埋等方法，然而焚烧废塑料例如聚氯乙烯(Polyvinyl Chloride,PVC)等会造成大量的有害气体，会对大气造成二次污染，而填埋则会造成土壤严重腐蚀以及地下水受到污染等。因此需要找到一种合适的回收方法对废塑料重新规划加以利用。

近年来，以催化剂为主的化学回收塑料方法受到人们广泛的关注。大部分化学回收技术研究主要基于热催化裂解途径对塑料进行分解转化，尽管前人通过热催化对废塑料进行了一些转化利用，但是该类方法在塑料回收上存在着很多的挑战。如反应过程需要高温高压，面临着耗能高、产率低、副产物多且分离困难等问题，对塑料催化转化的发展有着一定的制约。

光催化技术近年来被认为是一种绿色经济的催化技术。光催化可以通过利用高效的催化剂材料有效吸收廉价的太阳能并转化为化学能。光催化剂在光的激发作用产生电子-空穴对，然后电子空穴分离并迁移至催化剂表面，进一步通过氧化还原反应促进化合物的分解或合成。光催化技术作为一种绿色能源转化方式被认为是一种解决能源危机和环境污染的有效途径。

目前以半导体为主的传统光催化剂通过调控结构、形貌等可以有效地提升催化剂的光催化性能。尽管如此，光催化剂在塑料催化转化中的报道非常少见，主要是光降解塑料薄膜，如何实现光催化塑料转化高附加值化学品依然面临很多难题，特别是差的光催化效率问题严重制约了光催化塑料化学回收的发展。为提升效率，重点在于设计和开发新型高效光催化剂，通过调控催化剂的结构提升光捕捉能力、电子空穴分离能力、产物表面位点活性等性能意义重大。

 

发明内容

本发明的目的是提供一种三元异质结光催化剂及其制备方法和在催化转化PLA塑料中的应用，以解决上述现有技术存在的问题，实现对聚乳酸(PLA)的快速、高效转化。

本发明公开了以下技术效果：

为了设计和开发性能高效、结构稳定、成本低廉的光催化剂用于塑料的高效、高选择性化学回收，本发明基于MZnIn三元水滑石(Layered double hydroxide,LDH)(M＝Fe或Co)模板衍生构筑了三元异质结光催化剂，并将该催化剂用于快速催化转化聚乳酸(Polylactic acid,PLA)塑料生成乳酸。

本发明构筑的光催化剂相较于单一的ZnO、In2O3光催化剂对太阳能的吸收能力进一步提升，电子空穴分离能力显著增强，自由基产生速率明显加快。此外，本发明制备的光催化剂能实现对塑料PLA的快速催化转化，相较于传统的化学回收技术，具有操作简便、价格低廉、催化效率高、绿色环保等优势，易于批量生产，展现出广阔的商业应用价值。

（数据来源：智慧芽）