铁基低共熔溶剂高效解聚高负载PET废料：机理探索与绿色工艺创新

针对高固载量PET回收难题，中科院团队开发FeCl3/LA双酸低共熔溶剂(DES)体系，在130℃温和条件下实现50 wt%超高固载PET的94.3%对苯二甲酸(TPA)产率，通过Fe3+配位活化与Cl-氢键协同机制将活化能降至64.89 kJ/mol，环境因子E=2.51创行业新低，为塑料化学回收提供绿色规模化解决方案。

　　

塑料污染已成为全球环境危机的标志性难题。每年约有800万吨塑料垃圾进入海洋，其中聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)作为最常见的包装材料，其耐久性反而成为环境负担。虽然传统机械回收技术简单，但存在"降级循环"缺陷——每次回收都会导致材料性能劣化，最终仍难逃填埋命运。化学回收通过将PET解聚为单体重新聚合，理论上可实现无限循环，但现有技术面临两大瓶颈：工业级高固载量(>50 wt%)处理能力不足，以及高温高压带来的高能耗问题。

中国科学院化学研究所的研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表突破性成果，创新性地采用三氯化铁/乳酸(FeCl₃/LA)低共熔溶剂(DES)体系，在近乎常压的温和条件下(130℃)实现了超高固载量PET的高效解聚。该研究最引人注目的成就是在10倍放大实验中仍保持94%转化率和92%对苯二甲酸(TPA)产率，突破了DES体系固载量长期卡在30 wt%以下的技术天花板。

研究团队运用多尺度表征技术揭示反应机制：通过扫描电镜(SEM)观察到DES能有效渗透高密度PET片层结构；凝胶渗透色谱(GPC)证实分子量分布随时间呈现规律性下降；原位傅里叶变换红外光谱(in situ FTIR)捕捉到Fe³⁺与PET羰基的特异性配位过程。动力学分析显示，这种Lewis酸(Br?nsted acid)双功能催化使活化能降至64.89 kJ/mol，较传统碱解法降低约40%。环境评估更显示革命性优势：环境因子(E-factor)仅2.51，意味着每生产1吨TPA仅产生2.51吨废物，远低于化工行业平均水平。

关键技术路线包含：1) DES体系的优化设计与表征；2) 不同固载量(10-50 wt%)下的反应动力学研究；3) 采用SEM-GPC-FTIR联用技术解析反应机理；4) 克级规模TPA的纯化与结构验证；5) 基于生命周期评估的环境效益计算。

【材料特性】DES在50 wt% PET负载下仍保持均相状态，FTIR显示1710 cm^-1处酯键特征峰强度随时间递减，证实解聚反应的选择性。

【反应优化】130℃反应2小时为最佳条件，此时TPA产率达94.3%，副产物乙二醇(EG)可通过GC检测控制在5%以下。

【放大实验】10倍规模反应器(500 mL)中，体系传质效率仍保持90%以上，证明工艺可放大性。

【产物表征】核磁共振(¹H NMR)显示产物纯度达99%，XRD图谱与标准TPA卡片(PDF#00-050-0789)完全匹配。

这项研究的意义不仅在于技术突破，更重新定义了塑料回收的经济范式。相比需要3MPa压力的传统水解法，该工艺在常压操作即可实现更高效率，设备投资成本降低约60%。作者特别指出，FeCl₃作为廉价金属盐(约0.5美元/kg)，与生物基乳酸构成的DES体系完全符合绿色化学原则。该成果为实现《巴黎协定》框架下的化工行业碳中和目标提供了关键技术支撑，目前研究团队已与企业合作开展吨级中试，有望在3年内实现工业化应用。