离子液体的合成、表征及其在催化降解PET聚酯中的应用

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhangruidao10
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聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是一种结晶型热塑性聚酯材料,因其具有优良的物理化学性能而被广泛用于饮料瓶、纺织、薄膜、合成纤维等方面。随着其应用领域的不断扩大,废旧PET的排放量越来越大,伴随而来的环境污染问题也越来越严重。回收利用废旧PET聚酯不仅可以解决环境污染问题,还可以实现资源的重复利用,具有重要的社会和经济效益。   离子液体作为一种新型绿色溶剂,具有许多独特性质,已被广泛应用于催化、有机合成、萃取分离、电化学等领域。本文合成了一系列离子液体,并将离子液体应用于催化降解PET聚酯的反应中,取得的主要成果如下:   (1)合成了一系列不同种类的离子液体,并用NMR、IR、Raman、MS、水含量测定仪等对合成离子液体的结构、纯度进行了表征,结果表明所合成的离子液体具有较高纯度。   (2)将离子液体用于催化乙二醇醇解PET聚酯,发现离子液体是该反应的有效催化剂,且解聚产物与催化剂较容易实现分离。产物的定性分析表明所得主产物为单体对苯二甲酸二乙二醇酯(BHET),其他产物为二聚体(Dimer)和小分子齐聚物(Oligomers);反应工艺条件如:催化剂用量、反应温度、醇解时间、催化剂中水含量等会影响PET的转化率、单体BHET的选择性以及产物的组成;根据反应前后PET聚酯分子量、形貌的变化以及反应条件对产物分布的影响规律,提出了乙二醇醇解PET聚酯的反应网络图。   (3)磁性离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氯化铁盐([bmim]FeCl4)能快速有效催化乙二醇醇解PET聚酯的反应,其低温催化活性明显高于FeCl3、[bmim]Cl或传统催化剂的活性;且[bmim]FeCl4为催化剂时,该反应的起始反应温度较低,为140℃;[bmim]FeCl4能催化不同种类PET的解聚;催化剂用量、PET颗粒大小等条件会影响醇解反应的进行;探讨了不同催化剂催化乙二醇醇解PET聚酯的反应机理。   (4)提出离子液体溶剂降解PET聚酯的新方法,发现咪唑类离子液体是降解PET聚酯的有效溶剂;对[bmim]Cl降解PET聚酯得到的产物进行了GPC、SEM-EDX、IR、UV、DSC-TGA、XRD等一系列表征,结果表明:产物的平均分子量小于800,PET与离子液体之间无任何化学反应发生,二者的相互作用仅仅导致PET分子内化学键的断裂;反应温度是影响离子液体降解PET聚酯的重要因素,高温有利于PET在离子液体中的降解;甲基咪唑的存在会抑制PET在[bmim]Cl中的降解;离子液体是可回收利用的降解PET聚酯的溶剂;提出了离子液体降解PET聚酯的反应机理;探讨了该反应的动力学,结果表明:[bmim]Cl降解PET聚酯的反应为一级反应,反应速率与PET酯基浓度成正比,反应的活化能为232.79 kJ/mol。
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