纳米固体超强酸催化剂酸性与催化降解PET活性之间相互关系的研究

本课题提出利用纳米固体超强酸催化剂降解PET聚酯的新工艺。研究内容重点是通过改变纳米固体超强酸的制备方法和条件，合成具有固体超强酸酸性（包括酸强度、酸浓度和酸类型）和其他物理化学性质变化规律的催化剂，研究催化剂酸强度、酸浓度和酸类型对PET降解速度、单体收率、副反应等因素影响的相互关系，探讨反应条件、工艺等对PET聚酯降解性能的影响规律，通过分析固体酸性对降解PET聚酯反应的影响行为和PET降解过程中平均分子量、形貌的变化规律，确定PET聚酯在固体超强酸催化剂作用下微观降解机理，利用固体酸催化剂与产物易分离的特点，使PET聚酯在固体超强酸中的降解反应与产品的分离发生耦合，最终顺利实现PET聚酯在固体超强酸中的高效降解反应。与传统降解方法相比，固体超强酸催化剂不仅减少了设备腐蚀，使催化剂和产品易于分离，而且固体超强酸催化剂可重复利用，达到了节约资源、减少环境污染的双重效果。

PET 具有各种优良的性能，被广泛应用于纤维材料、容器包装、工程塑料等领域。近年来PET作为包装材料的消费量逐年迅速增长，大量的废弃PET制品对环境造成污染。同时，PET是石油化工产品，PET大量的消费也造成能源的巨大浪费。采用化学方法对废PET瓶进行降解，可以得到聚酯的单体或者其它化学物质的中间体，实现废PET的有效回收利用。设计制备高效和长期可再生的催化剂是聚酯降解面临的一个关键问题。在本论文研究中成功制备了单组份和复合双组份固体酸催化剂，对催化剂进行表征，并对固体酸催化剂在PET醇解反应中的催化反应活性进行研究，取得的主要研究成果如下：.（1）.采用沉淀法和共沉淀法分别制备单组份固体酸催化剂 SO42-/Co3O4 和复合双组份固体酸催化剂 SO42-/Zn-Co。通过 XRD、Raman、BET、NH3-TPD 和 pyridine-FTIR 等分析方法对催化剂的物理化学性质进行了表征，考察不同焙烧温度对催化剂结构和酸性能的影响；将催化剂应用于 PET 醇解反应，考察催化剂的催化反应活性。实验结果表明双组份固体酸催化剂 SO42-/Zn-Co反应活性和产物选择性明显优于单组份催化剂 SO42-/Co3O4，分离过程可以将单体和低聚物完全分离，得到纯的产物 BHET。.（2）.制备 SO42-/ZnO、SO42-/TiO2 和 SO42-/Zn-Ti 系列催化剂，以焙烧温度为考察条件，系统研究单组份和复合双组份催化剂结构和酸性能特点。比较催化剂结构、酸性能以及催化反应活性之间的关系。最后对固体反应物（PET）-固体催化剂-液体反应物（乙二醇）组成的固液非均相反应体系的催化反应机理进行探讨。实验结果表明，低温煅烧的 Zn-Ti 催化剂具有无定形，比表面积大，热稳定性好，酸性位点多，酸强度分布广等特点；双组份催化剂具有最优的催化反应活性；PET 的溶胀为反应过程的控制步骤；反应是 L 酸催化过程。.（3）.目前已撰写SCI科技论文8篇，申请发明专利2项，已经培养博士生二名，硕士研究生二名，现正培养博士生三名，硕士研究生二名。