日常生活中常見的塑料瓶身下，經(jīng)常能發(fā)現(xiàn)數(shù)字“1”的標(biāo)識?！?”代表原料為聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）。我國PET年產(chǎn)能達(dá)7000萬噸，主要用于服裝、家紡與包裝材料，已成為固廢回收的重要品類。

PET熱值高于動力煤，因此化學(xué)回收更適合走高價(jià)值利用路線，而不是垃圾焚燒這種低價(jià)值處置。

近日，中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所研發(fā)出PET的高效、均相降解方法，并能精準(zhǔn)控制產(chǎn)物分子量。

01

化學(xué)手段

處理固廢

PET的制備需耗費(fèi)大量能源與資源，若通過化學(xué)解聚將其轉(zhuǎn)化為高附加值化學(xué)品，便可實(shí)現(xiàn)廢棄石化產(chǎn)品的資源化綜合利用。 但回收的大多數(shù)PET常與其他纖維混雜，難以利用 。

針對這一問題科研人員研發(fā)出新方法，不僅實(shí)現(xiàn)了PET與錦綸、棉花等纖維的精準(zhǔn)拆分，而且整個(gè)反應(yīng)過程還具備條件溫和、成本低廉、效率高效的優(yōu)勢。

團(tuán)隊(duì)對比不同降解劑效果，篩選出4種催化劑，最終以綠色溶劑γ?戊內(nèi)酯為反應(yīng)介質(zhì)、乙二醇為醇解劑，在170°C、10分鐘的溫和條件下，實(shí)現(xiàn)了PET的高效可控解聚。該方法制備的聚酯二醇產(chǎn)率最高可達(dá)94.2%，顯著高于此前的70%。

同時(shí)，團(tuán)隊(duì)建立了簡便的聚酯二醇分級方法，使其多分散性指數(shù)最低可降至1.45。

此次團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了回收PET向高純度聚酯二醇的規(guī)?；苽?，為聚氨酯、不飽和聚酯樹脂等高價(jià)值高分子材料的合成創(chuàng)造了有利條件。

02

高分子材料

回爐再造

PET的降解并非簡單的加熱分解，而是一項(xiàng)全球性難題。此前研究僅能將PET深度降解為單體對苯二甲酸雙羥乙酯（BHET），難以選擇性斷裂部分酯鍵，獲得窄分子量的聚酯二醇低聚物。

研究團(tuán)隊(duì)以醇解劑乙二醇作為“調(diào)控開關(guān)”，通過調(diào)整其用量，可將產(chǎn)物聚合度精準(zhǔn)控制在4至13之間，實(shí)現(xiàn)對降解產(chǎn)物形態(tài)與分子量的精準(zhǔn)調(diào)控。

▲均相體系中PET高效地降解為可控分子量及窄分布的聚酯二醇示意圖

這種在均相體系中對PET降解產(chǎn)物分子量的精準(zhǔn)控制，在相關(guān)領(lǐng)域文獻(xiàn)中尚未見報(bào)道。團(tuán)隊(duì)還將產(chǎn)物重新聚合成重均分子量為31007g/mol的PET，真正實(shí)現(xiàn)了“PET→聚酯二醇→PET”的低成本閉環(huán)循環(huán)。

該新體系對瓶片、織物、薄膜等各類PET廢料均具有良好普適性。針對混紡纖維，可選擇性降解其中的滌綸組分得到聚酯二醇，同時(shí)保持棉纖維、錦綸等第二組分完整；若加大醇解劑用量，還可將PET進(jìn)一步降解為小分子單體BHET，適配傳統(tǒng)PET生產(chǎn)路線。只需調(diào)節(jié)“開關(guān)”，即可靈活選擇傳統(tǒng)工藝或新型高值化利用路線。

未來，團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)深化相關(guān)技術(shù)研究，在溫和條件下將更多廢塑料轉(zhuǎn)化為高附加值化學(xué)品。

論文鏈接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.5c02483

來源：中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所

責(zé)任編輯：范思璐