通过PET乙二醇酯基双羰基同步活化实现废塑料快速回收

本研究发现离子液体胆碱磷酸盐（[Ch]3[PO4]）可通过同步双氢键活化机制，在温和条件下（100°C）1小时内实现聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）高效解聚为对苯二甲酸（TPA）和乙二醇（EG）。该策略通过单个胆碱阳离子两端同时激活酯基双羰基氧原子，显著增强羰基碳亲电性，同时磷酸根阴离子提升水分子亲核性，为绿色化学回收提供新范式。

　　

亮点

• 离子液体[Ch]₃[PO₄]在100°C下1小时实现PET完全解聚

• 单个胆碱阳离子通过双氢键同步激活酯基双羰基氧原子

• 磷酸根阴离子增强水分子亲核攻击能力

• 理论计算与实验证明双活化效率显著高于单活化模式

引言

塑料虽为现代社会带来便利，却导致严重环境污染与资源浪费[1][2]。聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)作为产量最大的聚酯塑料，年产量超7000万吨[3]，广泛应用于纺织、包装及容器等领域[4]。相较于机械回收导致的性能劣化[8][9]和生物降解的漫长周期[10][13]，化学回收法更具效率优势[14]。但PET化学惰性常需苛刻解聚条件：包括高温(150-240°C)[15][19]、大量不可回收试剂(有机溶剂/碱/酸)[20][22]，或温和条件下数天反应周期[23]。现有PET水解机制研究多集中于单催化剂分子激活单羰基氧原子[21][29][31]，若实现单个分子同步激活双羰基氧原子，将显著提升水解效率。

离子液体(ILs)因热稳定性、不挥发性和低可燃性等特点，在萃取[32]、吸附[33]及催化[34]领域广泛应用。胆碱阳离子两端的羟基与季铵基团可作为氢键供体激活PET羰基。虽曾有[Ch]₃[PO₄]催化PET糖酵解报道[35][36]，但其机制仍停留于传统单羰基活化，且缺乏深度机制探索。通过调整前体分子长度，可精确调控胆碱两催化位点间距，实现PET乙二醇酯基同步激活。

本研究采用富含氢键供受体胆碱磷酸盐([Ch]₃[PO₄])作为溶剂与催化剂，在100°C条件下1小时内实现PET快速回收。无需添加碱即可经济高效获取TPA单体，且[Ch]₃[PO₄]可循环使用。实验与理论计算证实：单个胆碱阳离子通过两端氢键供体同步激活PET链中乙二醇酯基的双羰基氧原子，同时磷酸根阴离子激活的水分子更易对羰基碳发起亲核加成。该同步活化策略为PET水解回收提供新思路。

结论

本研究展示了一种通过富含氢键供受体的离子液体实现PET高效水解为TPA单体的策略。PET在[Ch]₃[PO₄]中100°C条件下1小时内可完全解聚。机制分析表明单个胆碱阳离子可通过两端氢键供体同步激活PET乙二醇酯基的双羰基氧原子，双氢键作用增强羰基碳亲电性，磷酸根阴离子则提升水分子亲核性。该工作为通过同步激活苯环间乙二醇酯基有效解聚PET提供了突破性机制范式。