廢棄PET瓶的微波促乙二醇降解

施 川，張露露，楊 鋒

（武漢紡織大學 化學與化工學院，湖北 武漢 430073）

廢棄PET瓶的微波促乙二醇降解

施 川，張露露，楊 鋒*

（武漢紡織大學 化學與化工學院，湖北 武漢 430073）

PET做為一種常用的塑料制品，已經使用了很多年，在為人類生產生活提供便利的同時也產生了環境污染。通過微波降解PET具有效率高、時間短、產率高的特點，本文通過微波研究乙二醇的降解，并得出最佳反應條件。

微波；廢棄PET；醇解

聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）是由對苯二甲酸和乙二醇酯聚合的產物。由于其具有優良的性能，廣泛的用于紡織、餐飲、電器等產業中[1]。由于人們生活水平不斷提高，對PET的需求也越來越大，PET的使用呈逐漸上升的趨勢[2]。截止2005年，全世界的PET中產量達到了4091kt。我國PET 生產能力和產量也大幅度增長, 截止2005年已達到12530kt。PET的應用范圍也在逐漸擴展，越來越多的取代傳統的玻璃、陶瓷、鋼鐵等材料。

廢棄的PET雖說對人體無毒無害，但是其在自然界中降解周期太長，再加上大量的使用，對環境造成了巨大的破壞和資源浪費[3]。廢棄PET的回收和再利用受到重視，一般的都是采取較為簡單的方法：融化后再吹瓶、填埋或者直接燃燒。對廢棄PET的處理化學方法有明顯的優勢。而且比物理方法有經濟上的優勢。常用的方法有：水解法、醇解法。但是水解法要求溫度和和壓力比較高，而且一般催化劑都是強酸或者強堿，對環境會進一步污染。醇解法的反應條件較水解法溫和，但是現在用乙二醇（EG）降解的產物對本二甲酸乙二醇酯（BHET）難以得到利用，一般都是先經過水解生產對苯二甲酸（TPA）再加以利用[4-7]。

1 實驗部分

1.1 原料及儀器

廢棄PET 瓶(武漢可口可樂飲料有限公司生產的 Ice dew冰露飲用純凈水瓶)，清洗，破碎成1cm*1cm的片狀物，干燥后使用。

乙二醇，分析醇，國藥集團化學試劑有限公司。

醋酸鋅，分析純，國藥集團化學試劑有限公司。

上海新儀MAS-Ⅰ微波反應器。

美國尼高力公司Impact 420傅立葉紅外光譜儀。

AGILENT 1100 高效液相色譜儀。

1.2 實驗方法

將剪好的PET碎片放入圓底燒瓶中，加入乙二醇及乙酸鋅，開始反應。反應完后將燒瓶取出，加入沸水，抽濾。將濾液靜置24小時后再過濾，得到BHET的產物。

反應方程式如下：

2 結果與討論

2.1 反應溫度對降解產率的影響

PET和EG的比例為1:3，催化劑用量為3%（對PET重），微波功率為500W，反應時間為40min。結果如圖1所示：

圖1 反應溫度對BHET產率的影響

圖2 反應時間對BHET產率的影響

從圖1可以看出，溫度對PET的醇解影響很大，基本在乙二醇的沸點處才有較好的BHET產率。

2.2 反應時間對BHET產率的影響

PET和EG的比例為1:3，催化劑用量為3%（對PET重），微波功率為500W，反應溫度為196℃。結果如下圖2所示。從圖2可以看出，反應時間對PET降解影響也相當大，反應在30min以下時，PET基本不降解，但反應到了30min以上時繼續延長反應時間時，產率也沒有很大的變化。

2.3 催化劑用量對BHET產率的影響

PET和EG的比例為1:3，微波功率為500W，反應溫度為196℃，反應時間為30min。結果如圖3所示。

圖3 催化劑用量對BHET差率的影響

圖4 微波功率對BHET產率的影響

從圖3可以看出，催化劑用量在5%時BHET的產率達到最高值，加入更多的催化劑并不能使產率進一步提高。

2.4 反應功率對BHET產率的影響

PET和EG的比例為1:3，反應溫度為196℃，反應時間為30min，催化劑用量為5%。反應結果如圖4所示。從圖4可知，反應功率在500w時產率達到峰值，繼續加大反應的功率，反而使產率變的更低。

2.5 EG用量對BHET產率的影響

反應溫度為196℃，反應時間為30min，催化劑用量為5%，微波功率為500W。反應結果如圖5所示。

從圖5可以看出，EG:PET=3時，BHET產率達到最高，繼續增加反應的比例，并沒有能使BHET的產率更高，而當EG:PET=1時，之所以是基本沒有反應，是因為EG太少，只能淹沒少部分BHET，PET不能和EG接觸發生反應。

3 反應產物的表征

3.1 紅外光譜

紅外光譜如圖6所示。

圖5 EG用量對BHET產率的影響

圖6 產物的紅外光譜檢測

由上圖紅外光譜在3300處有一個吸收峰存在[8]，表面物質中可能存在游離的羥基，在1715cm-1附近的吸收峰，表明有碳氧雙鍵的存在，而在 1500cm-1處存在一個弱的吸收峰，表面苯環存在，而在 1715cm-1和1300cm-1附近都有吸收峰存在，表面此物質結構中含有酯的結構。

3.2 BHET單體含量的測定以及高效液相色譜測定

3.2.1 樣品平均摩爾質量的求取原理[9]

以BHET為例子，端羥基滴定的反應基本原理如下：

3.2.2 樣品中各組分所占百分率的求取原理[10]

單體BHET、二聚體、三聚體。它們在樣品中所占百分率分別為：x%、y%、z%。

由（1）（2）（3）（4）（5）聯立方程組，并結合坐標圖可以得出x 、y、z的取值范圍。

經過計算得到如下數據（見表1）。

表1 滴定發測定BHET單體含量

3.2.3 高效液相色譜

高效液相色譜的測試條件：采用的色譜柱為C8柱；紫外檢測儀的檢測波長為254nm;流動相與被檢測物質的溶劑都是甲醇-水（體積比為，70：30）;流速為2mL/min。

圖7 BHET單體含量的高效液相色譜

從圖7和表2的結果可以看出，滴定實驗和色譜分析的實驗基本符合，BHET的單體含量都比較高，純度能夠達到 90%以上。為以后的進一步提純和處理提供了方便。

4 結果和討論

表2 BHET的含量的高效液相數據

本文分析了用微波促乙二醇降解PET的各種工藝條件，得出如下結論：

（1）PET的微波促乙二醇降解的條件：反應溫度為196℃，反應時間為30min，催化劑用量為5%微波功率為500W，EG:PET=3。

（2）用此方法得到的BHET的單體純度比較高，能達到90%以上。

[1] 韓春艷. PET 瓶級聚酯質量及加工性能研究[D]. 杭州:浙江大學，2005.

[2] 韓亞東. PET 樹脂的生產狀況及其發展趨勢[J].塑料工業，1988，（6）：4.

[3] 張吳宏，相宏偉，楊勇,等。聚酯循環利用新進展[J].高分子材料科學與工程，2003，19（6）：6-9.

[4] Mansour S H,Ikladious N E.Depolymerization of poly ethyleneterephthalate wastes using 1,4-butanediol and triethyleneglycol[J].Polymer Testing,2002, (21) :497-505.

[5] Bunton C A,Robinson L,Schaak J et al.Catalysis of nucleophilic substitution by micelles of dicationic detergent[J]. Org.Chem., 1971, 36.

[6] Menger F M,Littau C A. Gemini surfactants: synthesis and properties[J].J Am Chem Soc,1991,113.

[7] Sako T, Godo M, et al. Process for continuously producing monomer components from aromatic polyester [P].US622294,2001.

[8] 寧永成.有機化合物結構鑒定與有機波譜學[M]. 北京：科學出版社，2000.

[9] 徐玲.高分子化學[M]. 北京：中國石化出版社，2010.

[10] 張志涌，楊祖櫻.MATLAB教程[M].北京：航空航天出版社，2010.

Microwave Accelerate Degradation Waste PET Bottle Use Ethylene Glycol

SHI Chuan, ZHANG Lu-lu, YANG Feng
(College of Chemistry and Chemical Engineering, Wuhan Textile University, Wuhan Hubei 430073, China)

As a common plastic, PET has been used for years. It has provided convenience to human beings, but it also brings about environment pollution. Degradation PET with microwave is efficient, short time and high yielding. This paper studies degradation of PET through microwave and give the best reaction condition.

Microwave; Waste PET; Glycolysis

TQ317.9

A

1009－5160(2011)06－0051－04

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楊鋒（1963-），男，教授，研究方向：計算化學及理論研究.