聚对苯二甲酸丁二醇酯在亚临界酸性水溶液和超/亚临界乙醇中的解聚研究

论文摘要

将超临界流体技术应用到废弃塑料的回收处理,以廉价易得、对环境友好的水和乙醇作为溶剂,研究了聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）在亚临界酸性水溶液和超/亚临界乙醇中的解聚反应,对废弃塑料资源化利用具有重大的理论意义和应用价值。本文在间歇式高压反应釜里开展PBT在亚临界酸性水溶液和超/亚临界乙醇中的解聚研究,考察反应条件对PBT解聚率、目标产物产率的影响。采用傅立叶红外光谱（FT-IR）、气-质联谱（GC-MS）、气相色谱（GC）、高效液相色谱（HPLC）和液-质联谱（LC-MS）对解聚产物进行定性定量分析。根据对解聚产物的分析,分别提出了PBT在亚临界酸性水溶液和超/亚临界乙醇中的解聚机理。提出如下结论:在反应温度220280℃、压力2.26.4 MPa、反应时间10 50min、投料比8.0（24.0g H2O / 3.0g PBT）和催化剂醋酸铜的投加量0.01 0.07g的条件下,考察了亚临界水中PBT的催化解聚情况。结果表明:醋酸铜的存在对于PBT在亚临界水中的解聚具有明显促进作用。在实验取值范围内,醋酸铜的较佳投加量为0.03g / 3.0g PBT。PBT解聚的主产物为对苯二甲酸（TPA）和四氢呋喃（THF）,产物中并未检测出1,4-丁二醇,与相关文献的研究结果不同。在反应温度250℃,反应时间50min,0.03g醋酸铜条件下,PBT可完全解聚,主产物TPA和THF产率分别为99.3%和83.1%。通过实验数据关联,得出催化解聚反应级数为一级,反应活化能为141.6 kJ·mol-1。在反应温度200 280℃、压力3.19.4MPa、反应时间560min、投料比（EtOH / PBT）4.0 12.0的条件下,研究了在超/亚临界乙醇中PBT的解聚反应。结果表明:在实验取值范围内,较佳投料比为10.0（20.0g EtOH / 2.0g PBT）。PBT在乙醇中的解聚主产物为对苯二甲酸二乙酯（DET）和1,4-丁二醇（1,4-BD）,与水中的解聚产物不同。PBT解聚率随时间的延长和温度的升高而增加。在反应温度240℃,反应时间60min,投料比10.0条件下,PBT可完全解聚,主产物DET和1,4-BD产率分别为97.7%和89.4%。同时对实验数据进行关联,得出PBT在超/亚临界乙醇中解聚反应为一级反应,解聚反应活化能为38.8kJ·mol-1。在微型毛细管反应器中结合显微镜分别研究了PBT在醋酸铜水溶液和乙醇中的相态变化。研究发现PBT在280℃保持19min能完全溶解于水中;在330℃时能完全溶解于乙醇中。PBT的水解和醇解反应都在均相反应中进行。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 课题背景与意义
• 1.2 研究内容
• 参考文献
• 第二章 文献综述
• 2.1 聚对苯二甲酸丁二醇酯简介
• 2.2 聚对苯二甲酸丁二醇酯的回收处理技术
• 2.2.1 物理回收法
• 2.2.2 化学回收法
• 2.2.3 能量回收
• 2.2.4 小结
• 2.3 超临界流体技术
• 2.3.1 超临界流体概述
• 2.3.2 超临界水的特性
• 2.3.3 超临界乙醇的特性
• 2.3.4 应用超临界技术处理聚合物的研究现状
• 2.4 结束语
• 参考文献
• 第三章 实验材料与方法
• 3.1 实验主要材料及装置
• 3.1.1 实验材料
• 3.1.2 实验装置
• 3.2 实验影响因素及条件控制
• 3.2.1 实验影响因素
• 3.2.2 实验条件控制
• 3.3 实验安全性及方案
• 3.3.1 实验装置的气密性、安全性检查
• 3.3.2 实验步骤
• 3.4 分析方法
• 3.4.1 PBT 在酸性水溶液中的分析方法
• 3.4.2 PBT 在超/亚临界乙醇中的分析方法
• 3.5 解聚反应程度的表征
• 参考文献
• 第四章 亚临界酸性水溶液中聚对苯二甲酸丁二醇酯解聚研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验内容
• 4.3 实验结果与讨论
• 4.3.1 产物分析
• 4.3.2 标准曲线绘制
• 4.3.3 在微型毛细管中的相态变化
• 4.3.4 反应条件对解聚反应的影响
• 4.4 解聚反应机理
• 4.5 反应动力学
• 4.6 小结
• 参考文献
• 第五章 超/临界乙醇中聚对苯二甲酸丁二醇酯解聚研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验内容
• 5.3 实验结果与讨论
• 5.3.1 产物分析
• 5.3.2 标准曲线绘制
• 5.3.3 在微型毛细管中的相态变化
• 5.3.4 反应条件对解聚反应的影响
• 5.4 反应机理探讨
• 5.5 反应动力学
• 5.6 小结
• 参考文献
• 第六章 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录