构筑新型碱性介孔催化体系用于聚酯类高分子材料的高效循环利用

New alkaline mesoporous catalysts which have different alkaline strength and different pore structure will be prepared by assembling and adjusting of alkaline active components and heteroatoms such as rare-earth metals, assembling and adjusting of templates, adjusting and optimizing of preparation conditions using direct-synthesis and post-synthesis methods. The prepared alkaline mesoporous materials will be used as catalysts in alcoholysis of polyesters such as poly(ethylene terephthalate) , polycarbonate and polylactate to recover the corresponding monomers or chemicals. The relationships and rules among kind and dosage of alkaline active component, kind and dosage of heteroatom such as rare-earth metal, kind and dosage of template, preparation conditions, pore structure, alkaline strength and stability of catalyst will be studied. The relationships and rules among the pore structure, alkaline strength, stability and performance for catalyzing above reactions will also be investigated. Based on above studies, a new kind of alkaline mesoporous catalyst which is of better catalytic performance for above reactions will be prepared. The kinetic rules and reaction mechanisms of above reactions in the new catalytic system will be studied. The alkaline mesoporous catalyst can be recoverable and reusable in order to solve the shortcomings existed in the present alcoholysis processes of the polyesters and to provide theoretical foundations for the application of solid alkaline mesoporous material in the chemical recycling of waste polyesters.

采用直接合成和后合成等方法，通过碱活性组分和稀土等杂元素的协同作用、模板剂的组装与调控以及制备工艺条件的优化与调控研究，制备具有不同碱强度和不同孔结构的新型碱性介孔催化剂，并将所制得的催化体系用于催化聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯和聚乳酸等聚酯类材料的醇解反应，制备回收相应的单体原料或化工产品。系统研究碱活性组分种类和用量、稀土等杂元素种类和用量、模板剂种类和用量以及制备工艺条件与催化剂孔结构、碱强度和稳定性之间的关系与规律；研究催化剂的孔结构、碱强度与其稳定性和催化各模型反应性能之间的关系与规律，在此基础上，创制出对上述聚酯高分子材料醇解反应具有较好催化效果的新型碱性介孔催化剂。研究上述模型反应在新催化体系下的动力学规律和反应机理。实现催化剂的回收和循环使用，以期克服聚酯类材料现有的醇解工艺存在的缺陷，为碱性介孔催化剂在废聚酯类材料资源化回收利用过程中的应用提供理论支持。

聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)和聚乳酸（PLA）等是一类生产和需求量较大的高分子材料。随着聚酯材料产销量的增加，所产生的废弃物也越来越多。由于其体积庞大，且很难自然降解，导致环境污染和资源浪费。因此，废聚酯类材料的回收利用受到研究人员的重视。本项目通过碱活性组分、掺杂元素和模板剂的设计与调控、制备出不同碱强度的（Ⅰ）类、（Ⅱ）类催化剂，并用于PC、PLAPET的醇解反应，回收制备相应的单体和化学品，对催化剂的循环使用性能以及新催化体系下的动力学和反应机理进行了研究。.制备（Ⅰ）类催化剂10%CaO-SBA-15，用于PC甲醇醇解，在较佳条件下，PC降解率和BPA收率可达98.7%和96.8%。催化剂重复使用5次，PC转化率和BPA收率基本不变；碱土金属改性的介孔Al2O3也用于PC醇解反应，实验发现，由于活性金属高度分散性在基体相中，催化活性优于相应的纯碱土金属氧化物。尤其是5%Ca-Al2O3为催化剂时，在较佳条件下，PC完全解聚且BPA收率可达96.3%，催化剂连续使用6次后，活性没有明显下降。动力学为一级反应，活化能Ea为152.66 kJ/mol；K2O修饰硅基介孔材料，制备10%K2O/20%MgO/MCF催化剂，可在温和条件下用于PET乙二醇醇解。动力学研究符合拟一级反应；将（Ⅱ）类催化剂15% CaO/Ce-SBA-15和20%CaO-CeO2/SiO2@ZrO2用于PC的醇解反应：发现反应条件温和，循环性能良好，催化剂的结构保持完整。.以上研究目前未见文献报道。在Chemical Engineering journal等期刊发表论文22篇，授权发明专利6件。制备的催化剂显著提高了聚酯类材料醇解反应的活性，实现了催化剂的分离、回收和循环使用，克服现有工艺中存在的缺陷。具有良好的实用前景，可为介孔固体碱在废聚酯材料化学回收循环利用提供理论支持。