设计型低共熔溶剂中聚对苯二甲酸乙二醇酯溶剂解回收的多因素优化

《Separations》：Multifactor Optimization of Solvolytic Recycling of Polyethylene Terephthalate in Designer Deep Eutectic Solvents

　　

建立聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的循环经济旨在实现完全的材料再循环并减少对化石基原料的依赖。在各类回收策略中，解聚在实现真正循环方面具有最大潜力。本研究采用四丁基溴化铵/环丁砜（TBABr/Sulf）体系，考察了低共熔溶剂（DES）辅助的PET解聚过程。采用四因素三水平的Box-Behnken设计，以反应时间、NaOH浓度、PET/溶剂比和水含量为自变量，以PET失重为响应值。优化条件为反应时间35 min、NaOH浓度5.9 wt%、PET/溶剂比（g/g）0.061、水与DES比1:1，在该条件下实现了97%的PET解聚率和93.8%的对苯二甲酸（TPA）回收率。该过程的PET/DES（g/g）利用比较低，为0.12，且与文献报道的其他DES基碱性水解相比，NaOH用量至少减少40%。通过FTIR、NMR、DSC和元素分析确认了回收TPA的结构与质量。在微波辅助条件下，TBABr/Sulf可成功循环使用三个连续批次，且保持100%的解聚效率和一致的TPA质量。综上，研究结果表明，所提出的DES辅助PET解聚工艺在降低溶剂和碱用量、缩短反应时间以及实现溶剂可回收性方面具有技术潜力。

塑料在现代社会中不可或缺，但其废弃物管理不善已成为环境负担。为减少对化石基原料的依赖，循环经济理念强调将材料尽可能长时间保留在使用周期内，降低废弃物产生和资源消耗。塑料回收主要包括机械回收与化学回收等途径，其中机械回收受污染、聚合物降解和性能劣化限制，往往导致降级循环。对于聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），通过解聚实现的化学回收可将材料恢复至接近原生等级，具有更长周期的保留价值。PET可通过糖酵解、甲醇解、胺解和水解等路线解聚，其中水解产物对苯二甲酸（TPA）不仅是生产PET、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）和聚酰胺的主要前体，还可用于金属有机框架（MOF）合成及增塑剂制造，因此具有广阔市场前景。然而传统碱性水解存在反应条件剧烈、能耗高、催化剂回收难等问题。近年来，低共熔溶剂（DES）凭借可设计性、制备简单、稳定性高和可回收性等优势，被视为PET解聚的绿色介质，但相关研究仍处于早期阶段，缺乏对DES理性选择、工艺参数优化及溶剂回收的系统研究。基于前期COSMO-RS计算筛选和实验验证，研究人员选择四丁基溴化铵/环丁砜（TBABr/Sulf）DES作为反应介质，本研究旨在通过响应面法优化该DES辅助下的PET碱性水解工艺，并验证回收TPA的质量及溶剂重复使用性能。

研究人员利用四因素三水平Box-Behnken设计（BBD），以反应时间、NaOH浓度、PET/溶剂比和水含量为自变量，PET失重为响应值，系统优化了TBABr/Sulf（1:7）体系中的PET水解。优化条件为反应时间35 min、NaOH浓度5.9 wt%、PET/溶剂比（g/g）0.061、水与DES比1:1，在该条件下实现97% PET解聚和93.8% TPA回收。与文献报道的DES辅助碱性水解相比，NaOH用量至少减少40%，PET/DES（g/g）利用比仅为0.12。回收TPA经FTIR、N