研究背景：

近年来，随着聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)消费量的巨大增长，其废弃物对环境产生的影响也越来越严重。为了缓解环境污染问题，实现绿色可持续性发展，将PET废弃物进行化学回收显得尤为重要。基于不同的溶剂，PET的化学解聚回收主要包括甲醇解、糖酵解、水解和氨解等。目前，用于PET解聚的催化剂主要包括金属醋酸盐均相催化剂和金属氧化物异相催化剂。然而，对于均相催化剂，其从产品中分离的过程比较复杂，并且少量的残留物可能对产品质量产生重大的影响；对于非均相催化剂，其大尺寸和分散性差会限制PET和催化剂的接触，从而影响催化性能。因此，开发一种易回收、低温、高效的新型催化剂显得十分必要和迫切。

研究内容：

研究人员将ZnO纳米颗粒分散在甲醇和乙二醇中，制成PET醇解的假均相催化剂，所制备的ZnO纳米颗粒尺寸均匀，分散时间可达六个月。使用该催化剂对PET进行醇解，考察了反应温度、时间、催化剂浓度、溶剂用量等反应参数对PET转化率和对苯二甲酸二甲酯(DMT)收率的影响，并对其可能的催化机理进行了探讨。

主要研究结果：

（1）固体含量为10 wt%的ZnO纳米分散体的(a)TEM图像，(b)纳米颗粒的粒径分布，(c) 纳米颗粒的HRTEM图像；固体含量为5 wt%的ZnO纳米分散体的(d)TEM图像，(e)纳米颗粒的粒径分布，(f) 纳米颗粒的HRTEM图像。可以看出，甲醇和乙二醇分散的ZnO纳米颗粒几乎是单分散的，粒径分布较窄，平均粒径约为3.8 nm和3.7 nm。

（2）ZnO催化PET甲醇解的机理

（3）反应温度和时间对(a)PET转化率，(b)BHET选择性，(c)MHET选择性和(d)DMT收率的影响。(甲醇与PET的质量比为6，催化剂与PET的质量比为0.7 wt%)。

（4）催化剂用量对(a)PET转化率，(b)BHET选择性，(c)MHET选择性和(d)DMT收率的影响。(甲醇与PET的质量比为6，140℃，1 h)

（5）甲醇与PET的质量比对(a)PET转化率，(b)BHET选择性，(c)MHET选择性和(d)DMT收率的影响。(催化剂与PET的质量比为0.7 wt%，140℃，1 h)

（6）(a)原始PET和(b)30分钟，(c)60分钟，(d)90分钟后残留PET的SEM图像；(e)30 min，(f)60 min，(g)90 min和(h)120 min后残余PET的TEM图像。(甲醇与PET的重量比为6，催化剂与PET的重量比为0.7 wt%，140℃)。SEM图像表明，在甲醇解过程中，PET的尺寸逐渐减小；TEM图像显示，在甲醇解过程中，PET表面逐渐形成多孔结构，这是由于解聚过程是由外向内进行的。

（7）ZnO纳米颗粒甲醇分散体与未处理的ZnO纳米颗粒的催化性能。(甲醇与PET的重量比为6，催化剂与PET的重量比为0.7 wt%，140℃)。

（8）ZnO纳米颗粒甲醇分散体的循环活性

（9）ZnO纳米颗粒假均相催化剂与一些已经报道的PET解聚催化剂对比

研究结论：

（1）成功合成了高度稳定的ZnO纳米颗粒甲醇和乙二醇分散体，尺寸约为4 nm，并首次将其作为假均相催化剂用于PET的催化醇解反应。

（2）制备的单分散ZnO纳米颗粒对PET的甲醇解和糖酵解具有较高的催化活性。在甲醇解过程中，170℃下反应15 min，PET的转化率达97%，DMT收率达95%，催化活性可达到553 g PET h-1(g ZnO)-1，其催化活性高于大多数已经报道的催化剂。较高的催化剂/PET和甲醇/PET质量比可以加速反应，从而提高DMT单体的产率。此外，与糖酵解反应相比，在相同的反应温度下(170°C)， PET甲醇解具有更短的反应时间(1/4)，更高的转化率和活性(约4.7倍)。

参考文献：

Du J T , Sun Q , Zeng X F , et al. ZnO Nanodispersion as Pseudohomogeneous Catalyst for Alcoholysis of Polyethylene Terephthalate[J]. Chemical Engineering Science, 2020:115642.

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0009250920301743