基于在線紅外光譜研究聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)的解聚反應(yīng)過程.pdf

1、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)是一種具有廣泛用途的半結(jié)晶熱塑性聚酯，近年來隨著飲料工業(yè)的急速發(fā)展，飲料瓶生產(chǎn)消耗大量的PET，作為一次性消費品的飲料瓶用完隨即被丟棄，造成了非常嚴(yán)重的資源浪費和環(huán)境污染。本文以廢棄PET瓶片作為主要研究對象，在線紅外分析作為主要研究手段，對不同醇解聚PET的反應(yīng)過程進行了深入系統(tǒng)的研究。
　　 在線紅外用于跟蹤PET的解聚反應(yīng)時，譜圖上1271cm-1和1720cm-1處可觀察到明顯的表征產(chǎn)物分子

2、C-O和C=O基團的紅外吸收峰，兩個基團吸收強度隨時間表現(xiàn)出完全相同的變化趨勢，反應(yīng)前期逐步增強，反應(yīng)后期漸趨穩(wěn)定，表明這兩個基團皆來自PET解聚過程中生成的酯類小分子產(chǎn)物的貢獻?；贐eer-Lambert定律，體系內(nèi)基團紅外吸收峰強度隨時間的變化規(guī)律反映基團濃度隨時間的變化規(guī)律，對于PET的解聚反應(yīng)而言，可以根據(jù)體系內(nèi)C-O或C=O基團濃度隨時間的變化表征PET解聚率隨時間變化的關(guān)系。
　　 論文首先針對一元醇解聚PET反應(yīng)

3、過程，考察了醋酸鋅等幾種醋酸鹽（乙酰丙酮鹽）催化甲醇解聚PET反應(yīng)的催化活性，發(fā)現(xiàn)醋酸鹽催化劑的催化活性順序為Zn2+＞Mn2+＞Co2+;以醋酸鋅為解聚催化劑，比較了不同一元醇解聚PET的反應(yīng)過程，一元醇解聚PET的反應(yīng)活性順序為甲醇＞乙醇＞正丙醇＞異丙醇，這是因為PET的解聚反應(yīng)為親核取代反應(yīng)，PET的解聚反應(yīng)速率與醇羥基的親核活性有關(guān)，醇羥基親核活性越強，解聚速率越快，一元醇的親核活性主要受到分子內(nèi)基團間空間位阻效應(yīng)的影響。

4、>　　 針對PET瓶片解聚反應(yīng)過程，論文基于固體反應(yīng)的縮粒模型，建立了描述PET瓶片解聚的動力學(xué)過程，即PET瓶片的‘縮片’模型，該模型將PET解聚分兩個階段，即反應(yīng)前期(X＜0.8）、PET瓶片隨反應(yīng)進行不斷變薄，而反應(yīng)面積變化并不顯著;反應(yīng)后期(X＞0.8），瓶片逐漸溶于液相，反應(yīng)面積隨著反應(yīng)進行不斷減小。運用該模型求得的醋酸鋅催化甲醇解聚PET反應(yīng)的表觀活化能為102.1 kJ·mol-1。
　　 針對二元醇解聚PET的

5、糖解過程，考察了醋酸鋅、醋酸錳等幾種醋酸鹽（乙酰丙酮鹽）催化不同二元醇解聚PET反應(yīng)的催化活性，發(fā)現(xiàn)MnAc2與ZnAc2催化劑催化乙二醇解聚PET時其催化活性在不同的反應(yīng)溫度下出現(xiàn)不同的催化活性順序，ZnAc2做催化劑時，反應(yīng)前期存在“誘導(dǎo)期”，不同醋酸鹽混合具有協(xié)同催化作用，能夠消除“誘導(dǎo)期”，提高PET的解聚速率。
　　 論文也以ZnAc2為解聚催化劑，比較了不同二元醇解聚PET的反應(yīng)過程，二元醇解聚PET的反應(yīng)活性順序為

6、1，2-丙二醇＞乙二醇＞1，4-丁二醇，優(yōu)化的醋酸鹽催化劑的用量為PET量的1％-3％之間。論文嘗試將離子液體[Bmim]Br和[Bmim]Br-ZnCl2用于催化PET糖解反應(yīng)的研究，兩種離子液體均表現(xiàn)出一定的催化該反應(yīng)的活性。
　　 本文在選定的催化劑條件下，考察了反應(yīng)溫度和PET原料的比表面積對PET糖解反應(yīng)的影響，發(fā)現(xiàn)升高反應(yīng)溫度或增大PET原料的比表面積均能大大加快PET的解聚反應(yīng)速率?；谏鲜鎏岢龅腜ET瓶片解聚的‘

7、縮片’動力學(xué)過程模型，擬合了醋酸鹽催化乙二醇和丙二醇解聚PET反應(yīng)過程，獲得了表觀活化能分別為148.8kJ·mol-1和152.4kJ·mol-1。論文也嘗試采用非線性擬合的方法研究了PET糖解反應(yīng)的動力學(xué)過程，將求的的動力學(xué)參數(shù)與模型法求的的參數(shù)進行了比較，兩種方法求解結(jié)果具有較好的一致性，說明本文建立的‘縮片’動力學(xué)模型能夠?qū)ET的解聚反應(yīng)過程進行準(zhǔn)確的描述。
　　 論文最后分析和討論了一元醇和二元醇解聚PET的反應(yīng)活性