离子液体催化降解PET聚酯的基础研究

PET recycling will bring enormous social and economic profits especially in environmental protection and resource conservation. It is with important application value and theoretical significance that ionic liquid were used as green solvents and catalysts in degradation of PET. At the present time, absence of in-depth investigation on the reaction mechanism of ionic liquid degradation of PET become to a bottleneck problem in scale application. This project will research deeply the reaction process for degradation of PET by quantum chemistry, molecular dynamics simulation method and spectral analysis of multiple experimental detection methods. The quantitative relationship between ionic liquid structure and the catalytic performance of ionic liquid will be established. This project also will propose ionic liquid catalyst / solvent molecular design methods, obtain the interaction law between the ionic liquid and PET, reveal the reaction mechanism of catalytic degradation of PET. All of these researches provide scientific basis for the development of efficient ionic liquid catalyst and the establishment of PET degradation process.

PET聚酯的循环利用可在环境保护及节约资源等方面产生巨大的社会和经济效益。采用离子液体做为绿色溶剂和催化剂来降解PET聚酯、发展新型PET聚酯循环利用过程具有重要的应用价值和理论意义。目前对离子液体降解PET聚酯反应本质和机理缺乏深入的研究，成为其大规模实际应用的瓶颈问题。本项目拟采用量子化学、分子动力学等计算模拟方法和波谱分析等多种实验检测手段，对离子液体降解PET聚酯反应过程进行深入研究：建立离子液体结构与PET聚酯降解催化性能之间的定量关系，提出离子液体催化剂/溶剂分子设计方法；获得离子液体阴离子、阳离子和PET聚酯相互作用本质及其对反应的影响规律；揭示PET聚酯催化降解反应机理，对不同反应详细途径、能量过程及反应动力学进行阐明，为开发高效的离子液体催化剂和建立PET聚酯降解反应新工艺提供科学基础。

离子液体做为绿色溶剂和催化剂来降解PET、发展新型PET循环利用过程具有巨大的应用潜力。本项目采用实验与理论计算紧密结合的研究方法，对离子液体催化降解PET反应过程开展了系统研究。项目所进行的研究内容和获得结果如下：1. 降解PET离子液体溶剂的性质研究和设计。在PET聚酯降解过程中，离子液体可同时作为催化剂和溶剂，项目结合模拟计算和实验研究，通过调变/修饰阴阳离子搭配和结构，设计和合成具有特定酸碱性、兼具溶解和催化降解能力的离子液体，并对离子液体性质进行系统研究；2. 离子液体/PET聚酯反应体系内相互作用及其机制的研究。采用了实验分析和理论计算相结合的方法，探讨离子液体与PET聚酯间的氢键等相互作用，系统地研究了阴阳离子和PET聚酯作用的稳定结构、结合方式以及作用机制，并考察其溶解性能及催化性能；3. 将功能化离子液体用于PET聚酯降解反应，研究其在降解PET聚酯反应中的活性、选择性和稳定性，由此总结出离子液体的功能基团结构和对PET聚酯的溶解性能、催化降解活性和产物选择性之间的关系。采用分析表征手段对反应前后PET聚酯及产物的结构、分子量等进行测定，得出反应条件对产物分布的影响规律；4. 通过实验测定和量子化学计算方法研究离子液体对PET降解的详细微观反应机理，对不同反应历程进行比较，寻找其可能的中间体和过渡态，取得重要的热力学和动力学数据，获得详细微观机理和最优反应路径以及PET聚酯降解反应的阴阳离子协同作用反应过程，揭示PET聚酯降解过程的微观机理。上述研究工作为开发高效的离子液体催化剂、建立PET聚酯降解反应新工艺及其大规模工业应用提供了科学基础，具有理论意义和实际应用价值。