[发明专利]一种吡咯烷酮低共熔溶剂的制备及其高效催化多元醇醇解PET的方法

说明书

本发明涉及一种吡咯烷酮低共熔溶剂的制备及其高效催化多元醇醇解PET的方法，其特征在于以吡咯烷酮及其衍生物与金属盐制备的低共熔溶剂为催化剂，以多元醇为醇解剂，在催化剂用量为PET质量的0.5％‑5％，醇解剂用量为PET质量的2‑6倍，反应温度为170℃‑220℃，常压，反应时间为5min‑60min的条件下醇解PET。该方法具有催化剂易于合成，反应时间短，PET降解率高、降解产物可循环利用，过程绿色可循环等优点。

技术领域

本发明涉及绿色、清洁催化技术领域，具体涉及一种以吡咯烷酮及其衍生物与醋酸盐为原料制备的低共熔溶剂催化多元醇醇解PET的新方法。

背景技术

聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate，简称PET)作为热塑性聚酯的最主要品种，是一种十分重要的塑料材料，因其制成的瓶具有无毒、防渗透、质量轻、生产效率高等诸多优点，广泛应用于饮料包装。据公开资料示，2019年全球PET瓶消费量为2411万吨。而中国作为聚酯塑料消费的大国，其2020年的PET消费量近一千万吨。在碳中和的愿景下，PET塑料回收利用作为碳减排最有效途径之一，已成为全球性的科学命题。

PET的回收利用技术，历经物理循环、化学降解、生物酶解等方法的交叠发展。其中，化学降解法近年来备受工业界青睐，尤以多元醇醇解法研究居多，此方法能够将废弃PET降解为低聚物或是单体，进而重新合成再生PET或是其他聚酯新材料，从而实现资源的循环利用。据美国塑料回收协会(APR)所述，生产1千克原生PET塑料大约需要排放2.23公斤二氧化碳，而生产1千克再生PET塑料只需要排放0.91公斤二氧化碳。以2020年中国PET瓶消费量949万吨为例，如果理论上可以做到将949万吨废弃的PET瓶全部回收，并用于制造再生纺织品，那么相对于使用原生PET生产的纺织品可以减少1253万吨碳排放，相当于240万辆车一年的碳排放量。由此可见，化学法不仅有望从根本上解决原子的经济性利用问题，更是实现碳减排的有效途径。然而，来自原生塑料的市场竞争及其自身的经济性束缚是推进化学回收技术工业化进程中必须克服的瓶颈问题，因此，采用简单高效的方法将废弃PET再生制备成高附加值产品，是实现PET化学回收可行性及经济性的重要途径。

多元醇降解PET法不仅可以制备单体对苯二甲酸乙二酯(BHET)，以用于再生PET的合成，还可以通过改变多元醇的结构，生产具有特定官能团的单体或是低聚物产品。多元醇醇解PET法所得到的降解单体和低聚物可以实现全组分利用，作为增塑剂、交联剂、缓蚀剂等，在不饱和聚酯树脂、聚氨酯、环氧树脂和乙烯基酯等高值产品的生产中均具有广泛应用前景。因此，多元醇醇解PET是PET高值化循环利用的关键。但目前国内外多元醇醇解PET的技术尚不完善。例如作为环保先驱代表的日本，做了很多PET降解技术变革方面的工作，由日本环境设计与双日达成合作共识的化学循环回收PET技术，仍是采用传统单一的乙二醇醇解工艺，从聚酯纤维或塑料瓶原料的PET中选择性地提取中间体BHET再生PET树脂，并没有将其他多元醇醇解PET工艺这种高值化PET循环利用技术纳入考虑。究其原因，主要是催化剂醇解催化效率不高，需长时间高温反应增加了能耗。相比于乙二醇，其他多元醇的反应活性较低，因此，更加高效的多元醇降解催化剂设计与研发，成为多元醇醇解回收PET技术的核心问题。

低共熔溶剂通常是由氢键供体和氢键受体通过氢键作用形成的低共熔混合物，近些年因其价格低廉、来源广泛、可生物降解等优点而获得广泛的应用。目前，已有部分低共熔溶剂作为催化剂用于催化乙二醇醇解反应并且取得了较高的效率，但催化其他多元醇降解PET反应活性低的问题仍然存在。开发高效普适的低共熔溶剂催化剂，可有效推动废弃PET高值化循环再利用工业进一步发展，为包装行业强效赋能，为实现富裕且可持续的脱碳社会做出贡献。

发明内容