一步法解聚-纯化回收消费后聚对苯二甲酸乙二醇酯生产高质量对苯二甲酸及其与异烟肼共结晶应用研究

《Sustainable Chemistry and Pharmacy》：High quality terephthalic acid produced via a single step depolymerization-purification process of postconsumer polyethylene terephthalate for co-crystallization applications

本文推荐一种创新的单步碱性水解解聚-纯化技术，用于从消费后PET废料中高效回收高质量对苯二甲酸（TPA）。该工艺在常规加热条件下，通过引入活性炭（AC）作为原位纯化剂，仅需40分钟即可实现约99%的PET转化率和93%的TPA产率，且产物具有优异的光学透过率（92%）和酸值（670–672 mgKOH/gTPA）。所获TPA成功用于抗结核药物异烟肼（IZA）的共结晶，为塑料废弃物的化学回收与高值化利用（upcycling）提供了经济、环保的新策略。

　　

章节精选

化学品与试剂

消费后PET瓶样品（数均分子量 (Mn): 32 263 g/mol）经水洗、干燥后，切成2.0 × 2.0 cm（用于大粒径实验）和0.5 cm × 0.5 cm（用于小粒径实验）的碎片。金属化PET样品购自Top-In Film Manufacture Co.,Ltd.（中国），并切成0.5 cm × 0.5 cm的碎片。实验所用乙二醇（EG, 99%）、活性炭（AC）、氢氧化钠（NaOH）颗粒、硫酸（H₂SO₄）等均为合成级。

二次模型选择

采用响应面方法论研究常规加热下的PET解聚过程。根据预设计划进行了15次实验，主要目标是探究活性炭用量（X₁）、EG体积（X₂）和反应时间（X₃）如何影响PET转化率、TPA产率及产物质量。PET转化率%（Y₁）、TPA产率（Y₂）、纯度（Y₃）等被选作响应变量。

结论

本研究开发了一种在常规加热条件下，利用活性炭（AC）作为纯化剂，通过碱性水解解聚PET生产高质量对苯二甲酸（TPA）的高效单步法。与传统的PET解聚和单体纯化多步技术相比，该方案成功将多个步骤简化为单一、仅需40分钟的反应步骤，同时实现了约99%的PET转化率和93%的TPA产率。产物TPA表现出卓越的质量，其光学透过率达到92%，酸值为670-672 mg_KOH/g_TPA，与商业标准TPA相当。活性炭在反应过程中对维持TPA质量起到了关键作用，而反应时间和EG体积则是决定PET转化率和TPA产率的主要因素。该PET解聚过程符合一级反应动力学，平均活化能为28.5 kJ/mol。用于解聚和纯化的试剂可被再生，并在新一轮解聚循环中表现出可接受的性能（PET转化率92-98%，TPA产率89-90%）。此外，将所得高质量TPA用于抗结核药物异烟肼（IZA）的共结晶，不同表征技术均证实成功制备了IZA-TPA共晶体。这证明所提出的单步解聚-纯化路线可为消费后PET的回收与升级再造（upcycling）提供一个具有吸引力的经济且生态可持续的解决方案。