金属掺杂钴铁氧体磁性催化剂开发及聚酯纺织品废料化学回收解聚工艺研究

本研究针对全球PET废弃物污染难题，开发了Ag/Sb掺杂的CoFe2O4磁性纳米催化剂（VSCF01-05），通过微波辅助乙二醇解聚（glycolysis）和乙醇胺解聚（aminolysis）技术，将彩色聚酯（PES）纺织品高效转化为BHET/BHETA单体（收率>90%），为纺织业循环经济提供创新解决方案。

　　

在全球塑料污染危机愈演愈烈的背景下，纺织行业产生的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）废弃物已成为重大环境挑战。每年约有3-4亿吨塑料被生产，其中纺织服装贡献显著份额，但机械回收率不足15%，且传统方法难以处理有色织物。更棘手的是，现有化学回收技术存在催化剂效率低（70-85%收率）、能耗高等瓶颈。如何实现有色聚酯纺织品的高效解聚，成为推动纺织业循环经济（CE）的关键科学问题。

武汉工程大学化学工程与药学院的研究团队在《Journal of the Indian Chemical Society》发表创新成果，开发出金属掺杂钴铁氧体（CoFe₂O₄）磁性催化剂体系，通过微波辅助催化技术成功实现彩色聚酯（PES）纺织品的高效化学回收。研究采用共沉淀法合成五种不同配比的催化剂（VSCF01-05），包括银/锑掺杂体系，通过XRD、SEM-EDS等技术确认其晶体结构和元素组成。在150-300W微波辐射下，分别采用乙二醇（EG）和乙醇胺（EA）对红、蓝、绿等有色PES织物进行解聚，获得双(2-羟乙基)对苯二甲酸酯（BHET）和双(2-羟乙基)对苯二甲酰胺（BHETA）单体，收率突破90%，显著优于传统催化剂。

主要技术方法
研究采用共沉淀法制备CoFe₂O₄基磁性纳米催化剂，通过UV-Vis、XRD、FT-IR等技术表征光学带隙（2.0eV）和晶体结构；利用微波反应器（150-300W）进行PES解聚；采用¹³C NMR、¹H NMR和质谱（MS）鉴定BHET/BHETA结构；通过SEM-EDS分析催化剂形貌与元素分布。

研究结果

XRD
X射线衍射证实所有催化剂均保持尖晶石结构，Ag_2.0Co_3.0-Fe_5.0O（VSCF04）显示最强衍射峰，表明银掺杂提升结晶度，这与后续催化活性正相关。

Aminolysis depolymerized chemical BHETA compound
FT-IR在3365cm^-1处出现NH/OH特征峰，1628cm^-1处酰胺键（C=O）信号证实BHETA形成；¹H NMR显示δ6.5-7.5ppm芳香质子峰，δ3.5-4.0ppm羟乙基质子峰，结构解析与标准品一致。

Conclusions
银掺杂催化剂VSCF04表现最优，因其表面银纳米颗粒增强电子转移效率，使EA解聚反应时间缩短30%。所有催化剂均展现超顺磁性，可通过外部磁场快速回收重复使用5次以上。

这项研究的意义在于：首次将过渡金属掺杂策略应用于PES纺织品解聚，开发的磁性催化剂兼具高效催化（>90%收率）和便捷回收特性；建立的微波辅助解聚体系比传统加热节能40%，为有色纺织废料的规模化处理提供全新方案。该技术有望推动纺织行业实现"单体→聚合物→纺织品→单体"的闭环生产模式，对减少微塑料污染、降低碳足迹具有重要实践价值。