基于FeCl3/乳酸低共熔溶剂体系实现50 wt%超高固载量PET高效解聚

针对传统PET回收技术固载量低(<30 wt%)的瓶颈问题，研究人员开发了FeCl3/LA(乳酸)双功能低共熔溶剂(DES)体系，在130°C温和条件下实现50 wt%超高固载量PET高效解聚，实验室规模TPA(对苯二甲酸)产率达94.3%，10倍放大后仍保持92%产率，环境因子(E=2.51)和能量经济系数(ε=5.90×10-5°C-1·min-1)显著优于现有技术。

　　

塑料污染已成为21世纪最严峻的环境挑战之一。作为应用最广泛的合成聚合物，聚乙烯 terephthalate(PET)年产量超过3000万吨，但传统机械回收会导致材料性能劣化，而化学回收又面临高能耗、低固载量的困境。尤其令人担忧的是，现有低共熔溶剂(DES)技术处理PET时固载量普遍低于30 wt%，严重制约工业化应用。国家重点研发计划项目支持下，北京化工大学研究人员在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表突破性成果，开发出FeCl₃/乳酸(LA)双功能DES体系，首次实现50 wt%超高固载量PET高效解聚。

研究团队采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、热重分析(TGA)、扫描电镜(SEM)等技术表征DES理化性质，通过凝胶渗透色谱(GPC)和原位FTIR追踪反应过程，结合动力学分析揭示反应机制。

【材料特性】DES在1:2摩尔比的FeCl₃/LA组合下形成均相稳定液体，FTIR显示Fe³⁺与PET羰基配位，Cl^-促进氢键形成，协同降低活化能至64.89 kJ/mol。

【反应优化】在130°C、2小时条件下，实验室规模PET转化率达98.7%，TPA产率94.3%。10倍放大实验验证体系稳定性，仍保持94%转化率和92%产率。

【机理研究】SEM显示PET表面从光滑变为多孔结构；GPC证实分子量从21,400 Da降至1,200 Da；原位FTIR捕捉到酯键断裂动态过程，提出Fe³⁺极化酯键、LA提供质子的协同催化路径。

【产物表征】核磁共振(NMR)和X射线衍射(XRD)证实TPA纯度达99%，热重分析(TGA)显示产物在400°C以下无分解，气相色谱(GC)检测未发现副产物。

该研究突破性地解决了DES处理高固载量PET的世界性难题，环境因子(E=2.51)较传统方法降低80%，能量经济系数(ε=5.90×10^-5°C^-1·min^-1)优于文献报道值。特别值得注意的是，体系在50 wt%固载量下仍保持均相状态，这对处理高密度PET废料具有重大工程意义。研究不仅为塑料化学回收提供新范式，其"溶剂-催化剂"双功能设计思路对发展绿色化工技术具有重要启示。