本發(fā)明屬于技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種從煙頭過濾嘴中回收醋酸纖維的方法，尤其涉及一種廢物資源化、對(duì)環(huán)保有益的煙頭處理方法。

技術(shù)背景

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和生活水平的不斷提高，環(huán)境污染問題逐漸成為了當(dāng)今面臨的最嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)之一?，F(xiàn)如今，在我國(guó)的眾多人口中，有60％的男性和4％的女性都是煙民，丟棄的煙頭(即煙頭過濾嘴)更是成了我們生活中最常見的固體廢棄物之一，而這些煙頭過濾嘴大多是用醋酸纖維制成的，很難在自然界中降解。在煙頭毒性長(zhǎng)期存在的情況下，食物鏈將被污染，對(duì)人們的危害可想而知。目前常見處理方法仍是焚燒或填埋，后果就是對(duì)環(huán)境造成二次污染。

醋酸纖維生產(chǎn)源于20世紀(jì)20年代初，由英國(guó)試制成功并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。醋酸纖維可以用于制造紡織品、煙用濾嘴、片基、塑料制品等?；厥盏拇姿崂w維可以制作木塑復(fù)合地板以及塑料運(yùn)輸托盤等。目前全球醋酸纖維總產(chǎn)量約為75～80萬噸，其中煙用絲束約55～57萬噸，紡織用醋酸纖維約21～25萬噸。全球有醋酸纖維生產(chǎn)廠家20余家，主要生產(chǎn)廠家集中在歐美和日本，約占世界總產(chǎn)量的90％左右。國(guó)內(nèi)起步較晚，尤其是煙用醋酸纖維的生產(chǎn)。20世紀(jì)80年代中國(guó)煙草公司與美國(guó)技術(shù)合作在江蘇南通建了第一個(gè)生產(chǎn)廠，后來又建立了寧波大安化學(xué)工業(yè)有限公司(中日合資)，珠海醋酸纖維有限公司(中美合資)，以及鄭州航天醋酸纖維實(shí)驗(yàn)廠。就我國(guó)目前的醋酸纖維發(fā)展情況來看，主要是滿足國(guó)內(nèi)需要，減少進(jìn)口。

綜上所述，如果能將這些煙頭中的醋酸纖維進(jìn)行二次回收利用，既能在一定程度上改善環(huán)境，又能緩解一些進(jìn)口壓力。

目前，國(guó)內(nèi)外報(bào)道了幾種回收香煙過濾嘴中醋酸纖維的方法。1973年，yu.i.pravotorova等人發(fā)現(xiàn)，用丙酮溶解可以回收煙頭中的醋酸纖維，但機(jī)械攪拌需要6～8h，且在較高溫度下才得到較好收率的醋酸纖維。2008年，劉登峰等人用丙酮和四氫呋喃為溶劑回收并制備不同濃度的醋酸纖維素均質(zhì)膜。2009年，minzhao等人用丙酮與n，n-二甲基甲酰胺的混合溶液來溶解醋酸纖維，經(jīng)過機(jī)械攪拌24小時(shí)后制成一種不對(duì)稱膜，并且可以應(yīng)用到對(duì)映選擇性膜的生產(chǎn)技術(shù)中。這幾種傳統(tǒng)的方法溶解回收醋酸纖維不僅需要的時(shí)間長(zhǎng)，而且回收率較低?；诖?，周雅文等人用氯代1-烯丙基-3-甲基咪唑([amim]cl)來溶解回收煙頭中的醋酸纖維，溶解時(shí)間比上述幾種傳統(tǒng)的方法要少，需70min，適宜溶解溫度為137℃，但離子液體成本比較高，約500元/100g，毒性也還有待評(píng)估，如果要用于回收大量的煙頭中的醋酸纖維，還需進(jìn)一步研究。中國(guó)專利cn201210183378.0采用切斷等簡(jiǎn)單物理方法對(duì)煙蒂處理后用于造紙，很難保證醋酸纖維的純度，因此制約了其應(yīng)用范圍。安靜等人在《廢棄煙頭類物質(zhì)回收再利用的初步探討》中簡(jiǎn)單提到以醋酸和醋酸酐的混合物為溶劑，在硫酸的催化作用下提取煙蒂中的醋酸纖維，但無定量。本發(fā)明無需催化劑，只需一定濃度的醋酸為溶劑在室溫至95℃范圍內(nèi)，均可得到較高提取率的醋酸纖維，相比較而言，本發(fā)明優(yōu)勢(shì)明顯。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，易于操作、條件溫和的回收煙頭中醋酸纖維的方法。具體過程如下：

(1)煙頭預(yù)處理

利用煙頭中的物質(zhì)在溶劑中的溶解度不同，先用乙醇除去茄尼醇等雜質(zhì)，再用去離子水除去煙堿等雜質(zhì)。

預(yù)處理的具體過程為：撕去廢棄煙頭中殘留的煙絲和外包紙，用剪刀將纖維剪成小于1cm長(zhǎng)的小段，然后用無水乙醇浸泡，再用去離子水充分洗滌，傾出洗滌液，用去離子水將纖維段室溫下浸泡，將浸泡后的纖維段經(jīng)干燥后密封備用。

(2)煙蒂回收

采用一定濃度的醋酸與預(yù)處理后的纖維段反應(yīng)一段時(shí)間，得到膠狀物質(zhì)，趁熱固液分離，對(duì)固體多次洗滌，濾液在室溫下陳化，洗滌析出的固體，然后干燥，即得到再生的醋酸纖維。

其特征在于：

(1)在煙蒂的預(yù)處理階段，用無水乙醇將煙蒂在室溫下浸泡約18h，然后用去離子水充分洗滌三次，傾出洗滌液，再用去離子水將纖維段室溫下浸泡9h，取出纖維段，于70℃下干燥24h。

(2)在醋酸纖維回收階段，在室溫-95℃下采用濃度為8-18mol/l的醋酸與煙蒂反應(yīng)0.25-4h，用去離子水將生成物洗滌三次，將分離后的液體在室溫下靜置2h，將析出的固體充分洗滌至洗液的電導(dǎo)率為2μs/cm，然后將固液分離后的固體在80℃下烘干3h。

經(jīng)過申請(qǐng)人的反復(fù)優(yōu)化，優(yōu)化的反應(yīng)時(shí)間為2h、醋酸濃度12mol/l、醋酸量為50ml、溶解溫度75℃為最佳工藝條件。在此工藝條件下，回收率可達(dá)92％。

本發(fā)明的有益效果為：采用醋酸這一單一溶劑，在室溫下即可與煙蒂反應(yīng)提取醋酸纖維，工藝簡(jiǎn)單，操作條件溫和可控，成本低廉。最高回收率可達(dá)92％。

圖1為購(gòu)買的標(biāo)準(zhǔn)樣(a)、實(shí)施例1至實(shí)施例5(b)-(f)中回收的醋酸纖維的xrd圖。實(shí)施例5(f)的譜圖與標(biāo)準(zhǔn)樣(a)圖較為接近，在9.94°和17.20°均出現(xiàn)有衍射峰，譜圖中呈現(xiàn)為隆峰之上有突出峰，但是不尖銳，表明醋酸纖維是具有晶態(tài)和非晶態(tài)共存的兩相結(jié)構(gòu)；而實(shí)施例1-實(shí)施例4的產(chǎn)品譜圖與標(biāo)準(zhǔn)樣譜圖相比較，衍射峰只出現(xiàn)在17.20°的位置，譜圖中有一寬化的隆峰，說明對(duì)應(yīng)的醋酸纖維為固態(tài)非晶態(tài)。

圖2為實(shí)施例1中的產(chǎn)品和標(biāo)準(zhǔn)品的紅外光譜圖。從圖2可以看出，回收的醋酸纖維與醋酸纖維標(biāo)準(zhǔn)樣的譜圖幾乎完全一樣。在3448cm^-1處有一寬化的強(qiáng)吸收峰，為-oh的伸縮振動(dòng)；2958cm^-1處為-ch3、-ch2基團(tuán)的伸縮振動(dòng)；1753cm^-1處有一尖銳的強(qiáng)吸收峰，為酯的羰基c＝o的伸縮振動(dòng)；1633cm^-1處的吸收峰是液態(tài)水的變角振動(dòng)；1379cm^-1處的吸收峰為-ch3的對(duì)稱變角振動(dòng)；1238cm^-1處的吸收峰為乙酰酯鍵；1043cm^-1處的吸收峰為鏈狀酸酐γ(c-o-c)的伸縮振動(dòng)。從紅外光譜中可以看出，提取的產(chǎn)物是醋酸纖維。

圖3為實(shí)施例1回收的醋酸纖維熱重圖。由圖3可知，由圖3醋酸纖維tg曲線可知，曲線呈現(xiàn)出三個(gè)失重階梯。其中，第一階段為室溫～70℃，可能是醋酸纖維中吸附的少量水分或殘留的溶劑的蒸發(fā)；第二階段為70～312℃，這個(gè)階段的失重相對(duì)于其他兩個(gè)階段來說不是很明顯，可能與醋酸纖維中小分子助劑有關(guān)；第三階段為312～393℃，這個(gè)階段的失重一般被認(rèn)為是主要失重階段，與醋酸纖維本身的分解有關(guān)；當(dāng)溫度大于393℃時(shí)，隨著溫度的升高，醋酸纖維的質(zhì)量繼續(xù)下降，當(dāng)溫度升到500℃時(shí)，醋酸纖維的失重率達(dá)到93.06％。

圖4為實(shí)施例1回收的醋酸纖維差熱分析圖。由圖4可知，隨著溫度的升高，在64.4℃曲線上出現(xiàn)了1個(gè)吸熱峰，與圖3中tg曲線的第一階梯處的失重相對(duì)應(yīng)，主要與醋酸纖維中水分的蒸發(fā)有關(guān)；在200～250℃時(shí)，曲線中呈現(xiàn)出一個(gè)較為尖銳的吸收峰，主要是纖維素本身的熔融，且峰尖較為明顯，而通常將峰尖的溫度作為醋酸纖維的熔點(diǎn)，即233℃。用雙切線外推法，可求得外推始點(diǎn)te為232℃，與峰值溫度即熔點(diǎn)較為接近，因此常用此溫度或峰值溫度作為特征溫度進(jìn)行比較。

為了解不同實(shí)驗(yàn)條件下得到的醋酸纖維的熱性能，選取實(shí)施例1、2、3、4、5的產(chǎn)品進(jìn)行tg和dsc分析，如圖5、圖6所示。由此可求得各條件所得產(chǎn)品的特征溫度值，如表1所示。

表1各反應(yīng)條件下產(chǎn)品的特征溫度值

由圖6可求得所示的不同實(shí)施例下所得產(chǎn)品的熔點(diǎn)，如表2所示。

表2各條件產(chǎn)品的熔點(diǎn)值

表1、表2可以說明，在本申請(qǐng)限定的條件范圍內(nèi)，增加溶解時(shí)間、溶劑量、溶解濃度和溶解溫度，起始溫度和最大失重速率溫度會(huì)增大，終止溫度會(huì)降低，熔點(diǎn)增大，即醋酸纖維的熱穩(wěn)定性增強(qiáng)。實(shí)際操作中還要對(duì)醋酸纖維的回收率、回收成本等多個(gè)因素綜合考慮。

圖7-圖10為各工藝條件對(duì)醋酸纖維回收率的影響。從而優(yōu)化工藝條件。

附圖說明

圖1回收醋酸纖維的xrd譜圖；

圖2醋酸纖維的紅外光譜圖；

圖3醋酸纖維的tg曲線；

圖4醋酸纖維的dsc曲線；

圖5不同實(shí)驗(yàn)條件下醋酸纖維的tg曲線；

圖6不同實(shí)驗(yàn)條件下醋酸纖維的dsc曲線；

圖7溶解時(shí)間對(duì)醋酸纖維回收率的影響；

圖8醋酸濃度對(duì)醋酸纖維回收率的影響；

圖9醋酸體積對(duì)醋酸纖維回收率的影響；

圖10溶解溫度對(duì)醋酸纖維回收率的影響。

具體實(shí)施方式

下面通過實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明，但本發(fā)明保護(hù)內(nèi)容不僅限于此。

實(shí)施例1

將預(yù)處理后的煙頭，與50ml冰醋酸在95℃下反應(yīng)4h，用去離子水洗滌產(chǎn)物，液體在室溫下經(jīng)過2h的靜置，固體析出，反復(fù)洗滌至洗液電導(dǎo)率為去離子水的電導(dǎo)率，固體在80℃下烘干3h，得到醋酸纖維。

實(shí)施例2

將預(yù)處理后的煙頭，與50ml冰醋酸在95℃下反應(yīng)0.25h，用去離子水洗滌產(chǎn)物，液體在室溫下經(jīng)過2h的靜置，固體析出，反復(fù)洗滌至洗液電導(dǎo)率為去離子水的電導(dǎo)率，固體在80℃下烘干3h，得到醋酸纖維。

實(shí)施例3

將預(yù)處理后的煙頭，與30ml冰醋酸在95℃下反應(yīng)4h，用去離子水洗滌產(chǎn)物，液體在室溫下經(jīng)過2h的靜置，固體析出，反復(fù)洗滌至洗液電導(dǎo)率為去離子水的電導(dǎo)率，固體在80℃下烘干3h，得到醋酸纖維。

實(shí)施例4

將預(yù)處理后的煙頭，與30ml濃度為8mol/l的醋酸在95℃下反應(yīng)4h，用去離子水洗滌產(chǎn)物，液體在室溫下經(jīng)過2h的靜置，固體析出，反復(fù)洗滌至洗液電導(dǎo)率為去離子水的電導(dǎo)率，固體在80℃下烘干3h，得到醋酸纖維。

實(shí)施例5

將預(yù)處理后的煙頭，與50ml冰醋酸在室溫下反應(yīng)4h，用去離子水洗滌產(chǎn)物，液體在室溫下經(jīng)過2h的靜置，固體析出，反復(fù)洗滌至洗液電導(dǎo)率為去離子水的電導(dǎo)率，固體在80℃下烘干3h，得到醋酸纖維。