功能化多孔聚离子液体脱除PET降解单体中痕量金属

The degradation and recovery of waste PET cannot only release the environmental pollution, but also save resources, which is of great benefit to society and economy. However, due to the influence of the synthesis and degradation process of PET, there is contamination of Zn, Sb, Fe, Mn and Ti in the degraded monomer BHET. The impure BHET performs bad in repolymerization, resulting in a PET product in poor quality and out of application standard. In order to overcome this problem, it is proposed to design functionalized porous poly(ionic liquid)s (PILs) as the adsorbent to remove all trace metals simultaneously in PET degradation monomer BHET. Based on the tunabilityof ionic liquids, novel adsorbing materials (PILs), which possesses high selectivity and adsorption capacity and is reversibly separated, will be designed, synthesized, and used as adsorbent. With the synergistic reaction of functional groups in PILs with metals, as well as the porous structure and high specific surface area of PILs, the metal adsorption is achieved. The effect of controlled synthesis of porous PILs and its microstructure (special functional group, skeleton structure, pore structure, etc.) on the adsorption of metal will be studied. The interaction and removal mechanism of ionic liquids with heavy metals will be investigated by means of experimental study, molecular simulation and quantum chemistry calculation. The project will provide new materials and methods for the removal of trace metals from waste PET degraded materials.

废旧PET的降解回收既可以解决其对环境的污染，又可以节约资源，具有巨大的社会和经济效益。但是，由于PET合成和降解工艺的影响，其降解单体BHET中存在Zn、Sb、Fe、Mn、Ti等金属污染，既不利于BHET的二次聚合，又使再聚合的产品不能满足要求，为此，本项目提出以功能化多孔聚离子液体（PILs）为吸附剂，同时去除PET降解单体BHET中的多种痕量金属。项目以高选择性和高吸附容量的可逆吸附分离材料设计合成为核心，基于离子液体的可设计性，在PILs为吸附剂的作用下，利用PILs的功能性基团与金属的络合作用及PILs的多孔结构和高比表面积，二者协同作用吸附金属。研究多孔PILs的可控合成和其微观结构（特殊官能团、骨架结构、孔道结构等）对金属吸附性能的影响。采用实验、模拟和计算相结合的方法，揭示离子液体与重金属的相互作用及脱除机制，为废旧PET降解材料中多种痕量金属的脱除提供新材料和新方法。

聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）因其优越的理化性能被广泛应用于生活的方方面面，成为重要的工程塑料之一。但随着PET产业的迅猛发展，废弃PET的产生量与日俱增，造成了严重的环境污染和资源浪费，对其进行降解回收具有重要的意义。然而，由于PET聚合和降解回收工艺的影响，其降解单体BHET中存在Zn、Sb、Fe、Mn、Ti等金属污染，既不利于BHET的再聚合利用，又使再聚合获得的产品不能满足要求，是推进废弃PET化学回收亟待解决的难题之一。为此，本项目提出以功能化多孔聚离子液体（PILs）为吸附剂，以高选择性和高吸附容量的可逆吸附分离材料设计合成为核心，利用吸附剂功能基团与金属间氢键、静电、π-π、范德华力等相互作用，实现PET降解单体BHET中多种痕量金属的同时去除。主要研究内容及结果包括：（1）PILs的合成及表征，包括多孔PILs和含金属PILs，研究其结构及基础性能；（2）将上述合成的PILs用于催化降解PET制备降解单体BHET，为后续的金属脱除实验提供原料，并对获得的BHET的组成、结构、金属含量和溶解度等进行分析；（3）PET解聚单体BHET中金属的脱除，对脱金属吸附剂进行了筛选，并对金属脱除工艺进行了优化，实现了所有金属离子的去除率均大于90%以上且BHET产物的损失率为5%左右；研究了BHET溶液中金属脱除机理，考察了吸附材料再生能力和循环脱除金属性能，并对吸附动力学和吸附热力学进行了研究；（4）最后采用脱金属纯化后的BHET聚合制备了再生PET（r-PET），验证了使用吸附脱除PET醇解产物BHET中的痕量多金属杂质是一种有效可行的产物纯化方式。项目形成的PET降解单体BHET中金属的脱除新方法，有望为废弃PET的化学回收和高值化利用共性技术平台提供理论指导，具有重要的研究意义和实际应用价值。