研究背景：

聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)因其独特的热物理性能而成为应用最广泛的聚合物之一，PET具有高透明度、高阻隔性和优良的机械化学性能，但其使用寿命短，在环境中生物降解速度非常缓慢，这导致了PET废物的快速积累，也对物种健康和食物链造成了直接和间接威胁。PET化学回收会产生预聚物、低聚物和单体，可以用作合成PET的原料。而与无机酸相比，具有疏水功能的酸催化剂可提高聚合物表面的水解速率。

研究内容：

美国托莱多大学的Hossein Abedsoltan采用具有疏水功能的芳基磺酸作为PET水解催化剂，研究了反应温度和催化剂浓度对PET水解的影响。应用收缩核模型确定了反应速率常数和各催化剂的活化能。探讨了催化剂对PET表面的润湿程度以及催化剂与PET表面的相互作用，以解释催化剂对PET水解活性的差异。

主要研究结果：

1、用于 PET 水解的催化剂的结构 (a) PTSA、(b) 2-NSA 和 (c) 1,5-NDSA

2、在150℃时，时间对使用 2 M PTSA (●/○)、2-NSA (▲/Δ) 和 1,5-NDSA (■/□) 溶液进行 PET 水解时 PET 转化率 (%)/TPA 产率 (%) 的影响

3、收缩核模型与 150℃下 2 M 催化剂溶液 PTSA (○, …)、2-NSA (Δ, —) 和 1,5-NDSA (□, ---)

4、在 TReaction =150℃时，催化剂浓度对TPA产率的影响，其中 (a) 1 M、(b) 2 M 和 (c) 4 M PTSA溶液 (○, ---)、2-NSA (Δ, ---) 和 1,5-NDSA (□, —)。线条代表收缩核心模型的拟合。催化剂浓度的增加导致 PET 解聚所需的反应时间减少。

5、温度对含 (a) PTSA、(b) 2-NSA 和 (c) 1,5-NDSA 的 2 M 催化剂溶液在 130℃ (□, …), 140℃ (Δ, —) 和 150℃ (○, ---)。线条代表收缩核心模型的拟合。PTSA和2-NSA具有相似的活性，1,5-NDSA 是所研究的活性最低的催化剂。这些芳基磺酸表现出比报道的无机酸催化剂高得多的活性。例如，在2 M和150°C 下，PTSA的Ka大约是H2SO4的六倍。

6、2 M 催化剂溶液的表观反应速率常数 (K) 作为 PET 水解反应温度的函数。

7、使用0.5 M PTSA、2-NSA和1,5-NDSA溶液进行乙酸乙酯水解的表观反应速率常数（K 值）。

8、PTSA (○)、2-NSA (Δ)、1,5-NDSA (□) 和 H2SO4 (x)64 在 PET 表面上的催化剂溶液的接触角值为 0.25–4 M。PTSA 和 2-NSA 溶液的接触角值随着浓度的增加而降低。对于1,5-NDSA，接触角值保持平均值80°，接近H2SO4溶液报告的平均值 82°, PET 表面润湿效果较差。

研究结论：

与无机酸 H2SO4 相比，芳基磺酸催化剂对于 PET 的水解是更活跃的催化剂。在 4 M 和 150℃ 下，PTSA、2-NSA、1,5-NDSA 达到 90% 以上 TPA 产率所需的时间分别为 6、6 和 16 小时，H2SO4为 18 小时。测试乙酸乙酯水解来探索均质效应时这些酸具有相似的活性，这归因于反应介质润湿性的改善以及芳基磺酸催化剂对 PET 表面的亲和力。

参考文献：

Aryl sulfonic acid catalysts: Effect of pendant group structure on activity in hydrolysis of polyethylene terephthalate

原文链接：

https://www.webofscience.com/wos/alldb/full-record/WOS:000787817700001

DOI: 10.1002/app.52451