微波环境下聚酯PET的催化解聚方法 【技术领域】
本发明涉及一种微波环境下聚酯PET的催化解聚方法。
背景技术
聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)以其优异的性能被广泛应用于各领域。据统计，2008年世界PET年生产能力达6700万吨、我国约2200万吨，其规模可与乙烯工业相比拟。随着PET聚酯产销量的迅猛增加，排入自然界的废PET聚酯将越来越多。尽管废PET对环境不产生直接污染，但会占据大量的空间，因其具有极强的化学惰性，很难被空气或微生物所降解，A11en预测PET的存在周期为16～48年。开发利用废旧聚酯资源，既可有效治理污染，又可创造巨大的经济效益，废旧聚酯的再生利用面临着一次历史性的发展机遇，其回收利用技术有着广阔的前景。
目前国内外PET的解聚方法包括酸性、碱性和中性法，这些方法在国内外均已获得实际应用。在US 4355175中，Pusztaszeri采用浓硫酸(＞14.5mol/L)对PET酸催化水解。在US 822834中，Pitat于1959年最早发表了碱水解的专利。但是酸碱解过程有酸、碱废液排出，造成环境污染。在US 4605762中，美国的DuPont公司开发了常压气相甲醇解聚法，但是该方法反应速率很慢，难以工业应用。日本学者佐古猛利用超临界甲醇解聚，但是该方法反应条件苛刻且成本高，很难工业化。
在CN1239461C中，张东提出了PET的微波纯水解聚，可使PET完全解聚，但需高温高压；CN101066904、CN101066905中，张东采用微波环境下以有机酸盐和氧化物作催化剂纯水解聚PET，但催化剂成本较高，且回收循环利用比较复杂。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是提供一种节能环保、反应快速简单、成本低的微波环境下聚酯PET的催化解聚方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：微波环境下聚酯PET的催化解聚方法，在碳酸盐催化剂的存在下，以水为反应介质，将一定重量比的聚对苯二甲酸乙二醇酯和水放入反应器中，在反应温度100～200℃、反应压力0～1.3MPa条件下，用微波辐射进行解聚反应，聚对苯二甲酸乙二醇酯解聚形成对苯二甲酸(简称TPA)和乙二醇(EG)。
所述碳酸盐催化剂可以为碳酸钡、碳酸钙、碳酸钾、碳酸锰、碳酸锶、碳酸氢钠、碱式碳酸锌。
以聚对苯二甲酸乙二醇酯的重量计碳酸盐催化剂所占重量百分数较佳的范围是0.5％～5.0％。
聚对苯二甲酸乙二醇酯和水的重量比值较佳的范围是1∶5～1∶15。
较佳的微波辐射功率在200～300W。
上述解聚化学反应依据的基本原理可用下述方程式表示：
本发明利用微波技术在纯水中进行PET的碳酸盐催化解聚研究，结合了原料成本、微波解聚和催化解聚的优点。微波加热具有加热均匀，选择性好，加热无滞后效应，能量利用效率高，物质升温迅速等优点。在微波体系中加入碳酸盐催化剂解聚PET有利于降低反应体系的活化能，提高反应速率，缩短反应时间；催化剂来源容易获得，成本低，且易循环利用。
下面结合具体实施方式对本发明微波环境下聚酯PET的催化解聚方法作进一步详细说明。
【具体实施方式】
实验仪器：反应器为CEM discover微波装置。
实验试剂：PET粒子；二次蒸馏水；碳酸钡(分析纯)；碳酸钙(分析纯)；碳酸钾(分析纯)；碳酸锰(分析纯)；碳酸锶(分析纯)；碳酸氢钠(分析纯)；碱式碳酸锌(分析纯)；0.5mol/L的NaOH溶液；5mol/L的盐酸溶液。
实验方法：
1、将PET粒、水、碳酸盐催化剂放入反应器，PET和水的重量比为1∶5～1∶15，催化剂占PET质量的0.5％～5.0％；
2、设置反应温度为100～200℃，反应压力为0～1.3MPa，微波功率为200～300W，反应时间100～200min；
3、解聚完毕，冷却15min，反应产物为粗TPA、EG和催化剂；
4、过滤解聚产物，并用少量去离子水洗涤固体，干燥固体；
5、蒸馏过滤出EG，得到了EG产品，可重新作为单体合成聚合物；
6、粗TPA用0.5mol/L的NaOH溶液溶解后，加入与钠离子等当量的盐酸，过滤，用去离子水洗涤除去NaCl水溶液，得到了纯净的TPA固体；
7、干燥TPA固体，得到白色的精TPA固体产品。
实验例1：
将PET粒、水、碳酸钡催化剂放入反应器，PET和水的重量比为1∶12，碳酸钡催化剂重量比占0.8％。设置反应温度为100℃，反应压力为1.3MPa，微波功率为250W，解聚200min以后，冷却20min。过滤解聚产物，并用少量去离子水洗涤固体(除去固体中少量的催化剂)，干燥固体至恒重。蒸馏滤液，得到EG产品。粗TPA用0.5mol/L的NaOH溶液溶解后，加入于钠离子等当量的盐酸，过滤，用去离子水洗涤除去NaCl水溶液，得到了纯净的TPA固体，干燥，得到白色的精TPA固体产品，PET解聚率达到66.8％。
实验例2：
将PET粒、水、碳酸钙催化剂放入反应器，PET和水的重量比为1∶8，碳酸钙催化剂重量比占1.0％。设置反应温度为200℃，反应压力为1.0MPa，微波功率为250W，解聚150min以后，冷却20min。过滤解聚产物，并用少量去离子水洗涤固体(除去固体中少量的催化剂)，干燥固体至恒重。蒸馏滤液，得到EG产品。粗TPA用0.5mol/L的NaOH溶液溶解后，加入于钠离子等当量的盐酸，过滤，用去离子水洗涤除去NaCl水溶液，得到了纯净的TPA固体，干燥，得到白色的精TPA固体产品，PET解聚率达到60.5％。
实验例3：
将PET粒、水、碳酸钾催化剂放入反应器，PET和水的重量比为1∶8，碳酸钾催化剂重量比占1.5％。设置反应温度为150℃，反应压力为1.2MPa，微波功率为250W，解聚150min以后，冷却20min。过滤解聚产物，并用少量去离子水洗涤固体(除去固体中少量的催化剂)，干燥固体至恒重。蒸馏滤液，得到EG产品。粗TPA用0.5mol/L的NaOH溶液溶解后，加入于钠离子等当量的盐酸，过滤，用去离子水洗涤除去NaCl水溶液，得到了纯净的TPA固体，干燥，得到白色的精TPA固体产品，PET解聚率达到54.5％。
实验例4：
将PET粒、水、碳酸锰催化剂放入反应器，PET和水的重量比为1∶10，草酸钠催化剂重量比占2.0％。设置反应温度为150℃，反应压力为1.0MPa，微波功率为250W，解聚180min以后，冷却20min。过滤解聚产物，并用少量去离子水洗涤固体(除去固体中少量的催化剂)，干燥固体至恒重。蒸馏滤液，得到EG产品。粗TPA用0.5mol/L的NaOH溶液溶解后，加入于钠离子等当量的盐酸，过滤，用去离子水洗涤除去NaCl水溶液，得到了纯净的TPA固体，干燥，得到白色的精TPA固体产品，PET解聚率达到72.9％。
实验例5：
将PET粒、水、碳酸锶催化剂放入反应器，PET和水的重量比为1∶15，碳酸锶催化剂重量比占3.5％。设置反应温度为150℃，反应压力为1.3MPa，微波功率为250W，解聚200min以后，冷却20min。过滤解聚产物，并用少量去离子水洗涤固体(除去固体中少量的催化剂)，干燥固体至恒重。蒸馏滤液，得到EG产品。粗TPA用0.5mol/L的NaOH溶液溶解后，加入于钠离子等当量的盐酸，过滤，用去离子水洗涤除去NaCl水溶液，得到了纯净的TPA固体，干燥，得到白色地精TPA固体产品，PET解聚率达到58％。
实验例6：
将PET粒、水、碳酸氢钠催化剂放入反应器，PET和水的重量比为1∶15，碳酸氢钠催化剂重量比占3.0％。设置反应温度为180℃，反应压力为1.3MPa，微波功率为250W，解聚180min以后，冷却20min。过滤解聚产物，并用少量去离子水洗涤固体(除去固体中少量的催化剂)，干燥固体至恒重。蒸馏滤液，得到EG产品。粗TPA用0.5mol/L的NaOH溶液溶解后，加入于钠离子等当量的盐酸，过滤，用去离子水洗涤除去NaCl水溶液，得到了纯净的TPA固体，干燥，得到白色的精TPA固体产品，PET解聚率达到54.6％。
实验例7：
将PET粒、水、碱式碳酸锌催化剂放入反应器，PET和水的重量比为1∶10，碱式碳酸锌催化剂重量比占2.3％。设置反应温度为180℃，反应压力为1.0MPa，微波功率为250W，解聚150min以后，冷却20min。过滤解聚产物，并用少量去离子水洗涤固体(除去固体中少量的催化剂)，干燥固体至恒重。蒸馏滤液，得到EG产品。粗TPA用0.5mol/L的NaOH溶液溶解后，加入于钠离子等当量的盐酸，过滤，用去离子水洗涤除去NaCl水溶液，得到了纯净的TPA固体，干燥，得到白色的精TPA固体产品，PET解聚率达到83.7％。