研究背景：

近几十年来，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)在塑料制品中得到了越来越广泛的应用，并且其产量每年仍在增长，预计2050年全球产量将超过7200万吨/年。由于PET在自然环境中难以降解，大量的PET塑料在使用后被堆积在陆地甚至流入海洋，给环境带来了巨大的压力，因此开发高效聚酯塑料回收技术，缓解塑料垃圾对环境造成的危害显得十分重要。目前，PET回收技术主要分为三种：物理回收、生物回收和化学回收。物理回收会导致塑料的质量、光学纯度及分子量下降，且回收次数有限；生物回收相对来说效率较低；化学回收是将废弃PET解聚为单体，单体可用于PET的重新聚合, 且聚合后的性能与原始塑料相当。化学回收是实现塑料生产-废弃-回收闭环路径中关键一环，是一种可持续的回收模式。

研究内容：

以ZnCl2作为催化剂，在水溶液中通过选择性断裂酯键来解聚和回收废弃PET材料。考察了催化剂浓度、温度和时间对反应效果的影响，并提出了可能的反应机理。

主要研究结果：

（1）不同反应条件下ZnCl2/H2O体系中PET材料的降解。（PET和ZnCl2/H2O的质量比为1:50）

（2）固体产物的13C NMR和1H NMR图谱，表明固体产物为对苯二甲酸。

（3）PET在不同温度下固体降解产物的SEM图像。(a) PET瓶；(b) PET残渣，160℃；(c) PET残渣，170℃；(d)固体产物，180℃；(e)纯化固体产物，180℃；(f)固体产物晶体，180℃。反应条件:(a)-(e) 70% ZnCl2/H2O, 8 h；(f) 40% ZnCl2/H2O, 24 h。可以看出，PET瓶表面光滑；在160℃时，表面出现裂纹；当温度上升到170℃，PET分解为大块颗粒；当温度在180℃时，PET进一步分解，形成多孔结构。

（4）PET在不同温度下固体降解产物的红外谱图。(a)-(f)含义同上；(g)纯PTA。反应条件同上。结果表明，在180℃时，PET上的C=O键完全断裂，形成TPA。

（5）PET在不同温度下固体降解产物的元素分析。(1)-(7)含义同(a)-(g)，反应条件同上。结果表明，随温度升高，PET转化率增加，且产物中ZnCl2的含量也在增加，产物TPA经过纯化后出纯度很高，接近纯PTA的水平。

（6）PET在不同温度下固体降解产物的TGA图谱。(a)-(g)含义同上，反应条件同上。

（7）ZnCl2催化PET水解可能的机理。

研究结论：

（1）以ZnCl2为催化剂，通过选择性裂解酯键，实现了PET的化学降解和循环利用。以70% ZnCl2/H2O作催化剂，180℃条件下降解8 h，单体TPA产率可达98.31%，纯度可达97.14%。

（2）高浓度ZnCl2/H2O催化体系对酯键的裂解具有较高的选择性，有利于PET的受控降解。降解所得TPA可用于制备PET，催化体系易于分离和重复使用，选择水作为溶剂，更加绿色环保。总之，这项工作为PET材料的回收利用提供了一个有前景的方法。

参考文献：

Wang Y , Zhang Y , Song H , et al. Zinc-catalyzed ester bond cleavage: Chemical degradation of polyethylene terephthalate[J]. Journal of Cleaner Production, 2019, 208(PT.1-1658):1469-1475.

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0959652618331330