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PET聚酯以其优异的性能而广泛用于饮料瓶、纤维、薄膜、及片基等领域。而随着聚酯工业的迅猛发展,聚酯废料剧增,迫切需要对PET聚酯的回收利用进行研究。目前对废旧PET聚酯回收的一条重要途径是化学循环利用。传统的PET化学解聚法包括甲醇解聚法、乙二醇解聚法、水解法。其中乙二醇解聚法发展相对成熟,所用的催化剂主要为传统的醋酸盐类催化剂,但这类催化剂不易分离、不能循环使用,给工业化带来很大的困难。而固体酸催化剂以催化活性高,用量少,易分离回收,使用温度低,不腐蚀设备等优点而广泛应用于各种化学反应中。
本论文首次将固体超强酸催化剂用于催化醇解PET聚酯,主要的研究工作和创新成果如下:
1)采用浸渍法制备固体超强酸催化剂SO42-/TiO2和SO42-/ZnO,借助于XRD、SEM、BET、NH3-TPD、DSC、XPS、IR等分析方法对催化剂的物理化学性质进行了表征。结果表明:340℃焙烧出的SO42-/TiO2催化剂为非晶态,是表面呈粗糙多孔状的介孔材料,具有最强的酸强度,而催化剂SO42-/ZnO呈片状结构,表面被雪花状棱片所覆盖,主要由单斜晶系的ZnO和六方晶相的ZnO组成。
2)考察了制备条件对固体超强酸催化剂SO42-/ZnO和SO42-/TiO2在醇解PET聚酯反应中催化活性的影响。实验结果表明:焙烧温度对催化剂SO42-/ZnO活性的影响不明显,而焙烧温度对催化剂SO42-/TiO2活性的影响较大,最佳焙烧温度为340℃。浸渍液的浓度对催化剂SO42-/ZnO活性的影响比较明显,而对催化剂SO42-/TiO2活性的影响不太明显。
3)考察了反应温度、反应时间和催化剂用量等反应条件对固体超强酸催化剂SO42-/ZnO和SO42-/TiO2催化活性的影响,获得了优化的工艺条件:在催化剂SO42/-ZnO上:1atm,190℃,反应4h,催化剂质量为(基于PET的质量)0.1%,PET聚酯转化率为100%,主产物BHET的收率为68.6%。而在催化剂SO42-/TiO2上,相同反应条件下,PET聚酯转化率为100%,主产物BHET的收率为57.4%。
4)对降解主产物BHET进行了定性分析,考察了反应条件对降解产物分布的影响。结果表明:BHET的量随反应时间的增长,先增大后减少,二聚体的量较少,且基本不随反应时间变化,而低聚物的变化趋势则与BHET的变化趋势相反。BHET的量随反应温度的增高逐渐增大,低聚物的量随反应温度的升高而降低。催化剂的浓度对产物分布的影响不明显。