一种胆碱和对苯二甲酸类非金属离子液体催化废弃PET聚酯甲醇醇解的方法技术

本发明专利技术涉及一种胆碱和对苯二甲酸类非金属离子液体催化废弃PET聚酯甲醇醇解的方法，其特征在于以废弃PET聚酯(包括PET瓶、PET包装片材、PET纤维和PET纺织品)为原料，以甲醇为溶剂，以胆碱和对苯二甲酸类非金属离子液体为催化剂，在催化剂用量为PET质量的0.5％～10％，反应温度为130～200℃，反应时间为30～360min，甲醇与PET质量比为1：1～10：1的条件下催化PET醇解。该方法具有催化剂不含金属、绿色环保，可减少后续产品的脱金属单元操作，提高降解产品品质的特点，且对原料要求低，醇解产物易分离纯化。

【技术实现步骤摘要】
一种胆碱和对苯二甲酸类非金属离子液体催化废弃PET聚酯甲醇醇解的方法
本专利技术涉及一种以胆碱和对苯二甲酸类非金属离子液体为催化剂，甲醇醇解回收废弃聚对苯二甲酸乙二醇酯的方法，属于高分子降解、绿色催化

技术介绍
由对苯二甲酸和乙二醇缩聚得到的聚对苯二甲酸乙二醇酯(Poly(ethyleneterephthalate)，简称PET)是开发最早、产量最大、应用最广的聚酯产品。由于其具有强度高、耐化学药品腐蚀、热稳定性和熔体流动性好等特点，现有的众多塑料制品，包括纺织品、电子产品、饮料容器、食品包装、个人护理用品的包装和纤维等，均是以PET为原料，全球仅2013年就生产了约5600万吨PET，并仍在逐年攀升。由于具有质量轻、体积大和自然分解困难的特点，大量废旧PET的直接排放，不仅造成了严重的环境污染，而且带来了巨大的资源浪费。同时，PET的原料为不可再生的石油资源，近年来，石油的有效开采量迅速下降，供需日趋紧张。因此，废旧PET的循环利用不但可以降低对环境的污染，而且能够延长资源的利用周期，节约生产原料，具有巨大的社会和经济效益。废弃PET的回收方法根据原理不同，可分为物理回收法和化学回收法。物理回收法是指不破坏废弃PET的化学结构，通过将废弃PET粉碎、分离、熔融和提纯等方法制备再生材料。物理回收法的最大特点是成本低、技术简单，主要用于一些对产品质量要求不高的再生行业。但物理回收法再生的产品物理机械性能及各种理化性能都有所下降，经一次物理回收法回收利用后的聚酯产品因特性粘度值过低等原因已不宜再次利用，利用此方法回收废弃PET并达不到本质意义的再生利用，只能通过化学回收法来实现其循环利用。化学回收法有效地利用了小分子降解剂对大分子链结构的破坏性，首先使废旧聚酯降解成为单体或者中间体，经过对降解产物各组分、杂质的分离提纯，进一步对降解得到的单体或中间体进行二次聚合实现再生，达到变废为宝的目的。该方法不受PET原料来源的限制，PET复合材料或低品质有色PET废料均可被利用，且可多次循环，再生产品质量高，用途广。因此，化学回收法对于废旧PET的回收利用，较物理回收法而言，具有十分显著的优势。然而，化学回收法在没有催化剂参与时，仅靠溶剂的作用，PET的降解十分缓慢。因此，PET的化学降解往往需要引入醋酸锰、醋酸锌、醋酸铅、碱金属或碱土金属氧化物等含金属的催化剂。这些用于PET降解的金属催化剂，在降解产品中会有不同程度的残留，会对后续醇解产品的进一步利用产生严重的制约，如金属催化剂的残留会在醇解产品聚合制备再生聚酯时影响聚酯的聚合度和颜色，大大降低产品的品质，且会给人类的健康及环境带来威胁，使得再聚合的产品不满足要求。如PET降解时，常用醋酸锌或其混合物作为催化剂。尽管锌是人体必需的微量元素，但锌属于重金属，会在环境和人体中富集，高水平暴露可导致贫血，过量的锌会引起胃肠道问题，也会影响中枢神经系统。我国也对环境中的锌作了相应的限值规定，将饮用水中的锌限值定为1ppm，美国和日本也严格将饮用水中锌的含量分别限定为5ppm和1ppm。因此，采用非金属催化剂催化降解PET具有重要的意义。当前对PET而言，最具有代表性的化学回收方式有水降解法、甲醇醇解法以及乙二醇醇解法。其中，水降解法要求严苛，需要在高温高压的环境下进行，对生产设备的要求高，生成的副产物较多，实现工业化生产的难度比较大。乙二醇醇解法效率低、产物选择性差、收率低，且产物脱色纯化困难，对于有色和含杂质较多的废弃PET原料的回收具有较大的局限性。与乙二醇相比，甲醇的亲核性较强，活性高，完全降解所需的时间短，且甲醇醇解法获得的产品对苯二甲酸二甲酯(Dimethylterephthalate，简称DMT)沸点较乙二醇醇解法获得的产物对苯二甲酸双羟乙酯(Bis(2-hydroxyethyl)terephthalate)，简称BHET)低，高温稳定性好，易于通过蒸馏提纯获得高纯度的产品。胆碱和对苯二甲酸类非金属离子液体可以溶解少量PET，通过溶解-降解耦合反应使PET甲醇醇解活性进一步提高，使该反应在较低温度和压力下即可实现，且反应时间短，有效避免了降解过程中有色副产物的产生。即使采用的原料为有色废弃PET，也不会影响PET甲醇醇解和产物后续脱色纯化。该胆碱和对苯二甲酸类非金属离子液体不含金属，可以减少后续处理中的金属脱除单元，降低了纯化成本，避免了对获得的降解产品的使用限制，且具有可生物降解和低毒、对设备腐蚀性小等特点，便于在工业化上大量推广使用。因此，该胆碱和对苯二甲酸类非金属离子液体催化废弃PET聚酯甲醇醇解的方法，不仅可以避免金属的使用和金属残留对解聚产品的影响，简化纯化步骤，而且该方法对PET原料来源的要求低，对原料的适用性广。此外，该催化剂可溶解少量PET，通过溶解-降解耦合反应使反应活性升高，从而使醇解温度降低、醇解时间缩短、PET转化率和DMT单体收率升高，反应后产物易于分离，具有广阔的应用前景。本专利技术的优点如下：(1)将胆碱和对苯二甲酸类非金属离子液体用于废弃PET聚酯的甲醇醇解，避免金属催化剂的使用和金属残留对解聚产品的影响，减少后续产品处理中的金属脱除单元，简化纯化步骤，降低分离成本；(2)将胆碱和对苯二甲酸类非金属离子液体用于废弃PET聚酯的甲醇醇解，借助催化剂对PET的溶解-降解耦合作用，提高催化剂的活性，降低催化剂的用量，从而降低生产成本；(3)本专利技术采用亲核性强的甲醇回收废弃PET聚酯，醇解溶剂的活性高，反应条件温和，产物的选择性好，收率高；(4)本专利技术采用甲醇醇解法回收废弃PET聚酯，获得的DMT产物易于分离纯化，因而对原料的来源要求低，有色和含杂量高的废弃PET均可作为原料；(5)将废旧PET聚酯进行甲醇醇解回收利用，不但可以减少废弃PET对环境和生态造成的污染，而且能够延长资源的利用周期，节约生产原料，具有巨大的社会和经济效益。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种以胆碱和对苯二甲酸类非金属离子液体为催化剂催化废弃PET聚酯甲醇醇解的方法，旨在解决目前PET化学回收过程中存在的产物选择性差、收率低、脱色纯化困难、金属降解催化剂导致解聚产品中金属残留的问题。为了实现上述目的，本专利技术提出以胆碱和对苯二甲酸类非金属离子液体为催化剂，在温和条件下高效快速催化PET聚酯甲醇醇解，实现PET的高效化学回收。具体的实施步骤如下：将废弃PET瓶、PET包装片材、PET纤维或PET纺织品和催化剂、甲醇按照相应的用量依次投入到降解釜中，在搅拌条件下，在一定温度下反应一定时间后，分析产物DMT和剩余PET的量，计算得到DMT的收率和PET的转化率。本专利技术的反应方程式如下：一种胆碱和对苯二甲酸类非金属离子液体催化废弃PET聚酯甲醇醇解的方法，其特征在于以废弃PET聚酯为原料，以胆碱和对苯二甲酸类非金属离子液体为催化剂，以甲醇为溶剂醇解PET。所述胆碱和对苯二甲酸类非金属离子液体催化废弃PET聚酯甲醇醇解的方法，其特征在于所降解的PET聚酯原料包括PET瓶、PE本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种胆碱和对苯二甲酸类非金属离子液体催化废弃PET聚酯甲醇醇解的方法，其特征在于以废弃PET瓶、PET包装片材、PET纤维和PET纺织品为原料，以胆碱和对苯二甲酸类非金属离子液体为催化剂，以甲醇为溶剂，在一定反应条件下催化废弃PET聚酯醇解。/n

【技术特征摘要】
1.一种胆碱和对苯二甲酸类非金属离子液体催化废弃PET聚酯甲醇醇解的方法，其特征在于以废弃PET瓶、PET包装片材、PET纤维和PET纺织品为原料，以胆碱和对苯二甲酸类非金属离子液体为催化剂，以甲醇为溶剂，在一定反应条件下催化废弃PET聚酯醇解。


2.如权利要求1所述的一种胆碱和对苯二甲酸类非金属离子液体催化废弃PET聚酯甲醇醇解的方法，其特征在于：所述胆碱和对苯二甲酸类非金属离子液体包括胆碱甘氨酸、胆碱脯氨酸、胆碱甲酸、胆碱乙酸、胆碱丙酸、胆碱丁酸、1-乙基-3-甲基咪唑对苯二甲酸盐、1-丙基-3-甲基咪唑对苯二甲酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑对苯二甲酸盐、1-丁基-2,3-二甲基咪唑对苯二甲酸盐、1-乙烯基-3-丁基咪唑对苯二甲酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑间苯二甲酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑邻苯二甲酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑苯甲酸盐。
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【专利技术属性】
技术研发人员：晏冬霞，辛加余，吕兴梅，黄俊杰，张瑞琦，周清，张锁江，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11