【摘 要】
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人类每年所生产并使用的塑料制品总量巨大远远超过自然界所能承受的范围。聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)因其优异的综合性能而被广泛应用在包装、服装、机械、电子、汽车等行业领域。但由于PET聚酯使用后的废品量巨大,且对大气和微生物试剂有极强的抵抗性,其自然分解周期在48年以上,因此PET废弃物有效降解已成为当今社会急需解决的问题之一。离子液体因具有独特的性能而被广泛应用于催化、萃取、材料制备与合成。本课题
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人类每年所生产并使用的塑料制品总量巨大远远超过自然界所能承受的范围。聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)因其优异的综合性能而被广泛应用在包装、服装、机械、电子、汽车等行业领域。但由于PET聚酯使用后的废品量巨大,且对大气和微生物试剂有极强的抵抗性,其自然分解周期在48年以上,因此PET废弃物有效降解已成为当今社会急需解决的问题之一。离子液体因具有独特的性能而被广泛应用于催化、萃取、材料制备与合成。本课题通过改变离子化合物烷基侧链长度及稳定性设计并制备出一系列具有Br(?)nsted-Lewis双重酸性的离子液体催化剂,并应用于聚对苯二甲酸乙二醇酯的醇解反应,以醇解率和产物对苯二甲酸双羟乙酯(BHET)收率为评价指标,考察双酸型离子液体催化剂降解PET的性能。期待这类双酸型离子液体催化剂能够在未来的工业化催化聚酯降解项目上在技术方面有所突破。第一种类型是以1,3-丙烷磺酸内酯和吡啶为原料制备的N-3-磺酸基-丙基吡啶氯盐体系。实验数据表明,所选用Lewis酸性盐最优品种为Fe Cl3,最佳工艺为反应温度为210℃、反应时间为8h、最佳催化剂用量为2.7%。在最佳反应工艺条件下PET醇解率达到97.6%,BHET收率达到94.2%,在此反应条件下催化剂循环使用6次仍可保持较高的催化活性。第二种类型是以1,4-丁烷磺酸内酯和N-甲基咪唑为原料制备的1-丁基磺酸-3-甲基咪唑氯盐体系。实验数据表明,效果最好的Lewis酸性盐仍是Fe Cl3,最佳工艺为反应温度为220℃、反应时间为10h、最佳催化剂用量为2.7%。在最佳反应工艺条件下PET醇解率达到95.3%,BHET收率达到93.1%,在此反应条件下催化剂循环使用6次仍可保持较高的催化活性。第三种类型是以1,3-丙烷磺酸内酯和N-甲基咪唑为原料制备的1-丙基磺酸-3-甲基咪唑氯盐体系,其与Fe Cl3复合后对PET的降解效果优于前两种类型,最佳工艺为反应温度为190℃、反应时间为6h、催化剂用量为2.7%,该条件下得到的PET醇解率达到98.7%,BHET收率达到95.5%,且循环使用6次仍可保持较高的催化活性。这是因为与前两种类型的催化剂结构相比,该类型催化剂通过改变分子链结构和杂环阳离子烷基侧链长度使Br(?)nsted-Lewis双酸位点距离得以调整,在催化过程中展示出更好地协同作用。通过进行正交试验,探究反应时间、反应温度以及催化剂用量的交互作用对PET醇解率和BHET收率的影响,结果表明三因素影响效果针对PET醇解率的影响程度为:反应时间>催化剂用量>反应温度,针对BHET收率影响程度为:催化剂用量>反应时间>反应温度,即最佳反应工艺条件针对PET醇解率为A2B3C2,即反应温度为190℃,反应时间为7h,催化剂用量为2.7%,针对BHET收率为A2B3C3,即反应温度为190℃,反应时间为7h,催化剂用量为3.3%为最佳催化工艺。同时通过进一步的产物表征揭示了醇解反应的机理。通过进行传统催化剂与双酸型离子液体催化剂催化性能对比证明双酸型离子液体催化剂在催化性能上较传统催化剂和单酸性催化剂有显著的提高。再以瓶片聚酯为处理对象利用双酸型离子液体催化剂对其进行了降解反应,在反应温度为190oC,反应时间为6h,催化剂的用量为2.7%的条件下,1-丙基磺酸-3-甲基咪唑氯铁酸盐催化剂催化瓶级聚酯乙二醇降解反应PET醇解率达到了93.40%,BHET收率达到了91.52%。
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