catalКатализ в промышленностиKataliz v promyshlennosti1816-03872413-6476LLC "KALVIS"10.18412/1816-0387-2017-4-278-286catal-421Research ArticleКАТАЛИЗ И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫСATALYSIS AND ENVIRONMENT PROTECTIONКаталитическая деполимеризация отходов полиэтилентерефталата с использованием метилата натрия и микроволнового излученияSodium Methoxide Catalyzed Depolymerization of Waste Polyethylene Terephthalate under Microwave IrradiationМохсинМахмуд А.MohsinM. A.ctls@kalvis.ruАлнагбиМохамед А.AlnaqbiM. A.ctls@kalvis.ruБушерРенеш М.BusheerR. M.ctls@kalvis.ruХайкЙозефHaikYo.ctls@kalvis.ruОтделение химии, Университет Шарджа, г. ШарджаОбъединенные Арабские ЭмиратыDepartment of Chemistry, University of Sharjah, SharjahUnited Arab EmiratesОтделение химии, Университет Объединенных Арабских Эмиратов, Аль-АйнОбъединенные Арабские ЭмиратыDepartment of Chemistry, United Arab Emirates University, Al AinUnited Arab EmiratesКолледж науки и инженерии, Университет Хамада бин Халифы, ДохаКатарCollege of Science and Engineering, Hamad Bin Khalifa University, DohaQatar201720072017174278286Copyright © LLC "KALVIS", 20172017LLC "KALVIS"LLC "KALVIS"https://www.catalysis-kalvis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.catalysis-kalvis.ru/jour/article/view/421

Изучен процесс химического рециклинга полиэтилентерефталата (ПЭТ) в терефталевую кислоту (ТФК) путем его гидролиза in situ с использованием метилата натрия в метаноле и диметилсульфоксиде (ДМСО) в качестве растворителей и под действием микроволнового излучения (СВЧ). Реакцию проводили в области температур от 30 до 70 °C, ее продолжительность составляла от 5 до 30 мин. Высокие степени деполимеризации получены при ~70 °C и мощности СВЧ 300 Вт. Процесс вели в закрытом СВЧ-реакторе с контролем и записью времени и температуры. Основные продукты — такие мономеры, как ТФК и этиленгликоль (ЭГ); они были выделены и очищены для анализа. На начальном этапе реакции образуется смесь трех мономеров (монометил-терефталат, диметилтерефталат и ТФК), при гидролизе которой получают единственный мономерный продукт — ТФК. После очистки ТФК был проанализирован и идентифицирован методами ЯМР, ТГА, ДСК и инфракрасной Фурье-спектроскопии. Установлено, что показатели реакции гидролиза сильно зависят от количества метилата натрия, объемов метанола и ДМСО, времени и температуры. По сравнению с конвекционными методами нагрева, при использовании СВЧ и метилата натрия время, необходимое для достижения полного разложения ПЭТ, значительно уменьшилось (до 5 мин). Поэтому предлагаемый процесс рециклинга является очень выгодным для переработки отходов ПЭТ, так как обеспечивает значительное сокращение энергозатрат и снижение стоимости производства.

Chemical recycling of polyethylene terephthalate (PET) to produce terephthalic acid (TPA) was studied using in situ hydrolysis with sodium methoxide in methanol and dimethyl sulfoxide (DMSO) as solvent under microwave irradiation. The microwave-assisted reaction was carried out at different temperatures, and reaction time between 5 to 30 min. High degrees of depolymerization were examined at temperature near 70 °C at microwave power 300 W. The reaction was carried out in a sealed microwave reactor in which the time and temperature were controlled and recorded. The products were mainly monomers such as TPA and ethylene glycol (EG) which were isolated and purified for further analysis. Monomethyl terephthalate, dimethyl terephthalate, and terephthalic acid were formed initially then converted to TPA as a single monomer product. Purified, TPA was analyzed and identified by NMR, TGA, DSC and FTIR. It was observed that the reaction greatly depends on the amount of sodium methoxide, the volume of methanol and DMSO used, the reaction time, and temperature. Compared to conventional heating methods, the time needed to achieve complete degradation of PET was significantly reduced to 5 min by using microwave irradiation and sodium methoxide catalyst. This has led to substantial saving in energy and cost supporting thus the conclusion that this proposed recycling process is very beneficial for the recycling of PET wastes.

полиэтилентерефталатотходы ПЭТдеполимеризацияметилат натриямикроволновое излучениеСВЧтерефталевая кислотаpoly(ethylene terephthalate)PET wastedepolymerizationsodium methoxidemicrowave irradiationterephthalic acidReferencesAwaja F., Pavel D. // European Polymer Journal. 2005. Vol. 41, № 7. P. 1453—1477.Awaja F., Pavel D. // European Polymer Journal. 2005. Vol. 41, № 7. P. 1453—1477.Zhang H., Wen Z.-G. // Waste Management. 2014. Vol. 34, № 6. P. 987—998.Zhang H., Wen Z.-G. // Waste Management. 2014. Vol. 34, № 6. P. 987—998.Siddiqui M.N., Redhwi H.H., Achilias D.S. // Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 2012. Vol. 98. P. 214—220.Siddiqui M.N., Redhwi H.H., Achilias D.S. // Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 2012. Vol. 98. P. 214—220.Tuna Ö., Bal A., Güçlü G. // Polymer Engineering and Science. 2013. Vol. 53, № 1. P. 176—182.Tuna Ö., Bal A., Güçlü G. // Polymer Engineering and Science. 2013. Vol. 53, № 1. P. 176—182.Torres N., Robin J.J., Boutevin B. // European Polymer Journal. 2000. Vol. 36, № 10. P. 2075—2080.Torres N., Robin J.J., Boutevin B. // European Polymer Journal. 2000. Vol. 36, № 10. P. 2075—2080.Paszun D., Spychaj T. // Industrial & Engineering Chemistry Research. 1997. Vol. 36, № 4. P. 1373—1383.Paszun D., Spychaj T. // Industrial & Engineering Chemistry Research. 1997. Vol. 36, № 4. P. 1373—1383.Karayannidis G.P., Achilias D.S. // Macromolecular Materials and Engineering. 2007. Vol. 292, № 2. P. 128—146.Karayannidis G.P., Achilias D.S. // Macromolecular Materials and Engineering. 2007. Vol. 292, № 2. P. 128—146.Pingale N.D., Shukla S.R. // European Polymer Journal. 2008. Vol. 44, № 12. P. 4151—4156.Pingale N.D., Shukla S.R. // European Polymer Journal. 2008. Vol. 44, № 12. P. 4151—4156.Nikles D.E., Farahat M.S. // Macromolecular Materials and Engineering. 2005. Vol. 290, № 1. P. 13—30.Nikles D.E., Farahat M.S. // Macromolecular Materials and Engineering. 2005. Vol. 290, № 1. P. 13—30.Achilias D.S., Tsintzou G.P., Nikolaidis A.K. et al. // Polymer International. 2011. Vol. 60, № 3. P. 500—506.Achilias D.S., Tsintzou G.P., Nikolaidis A.K. et al. // Polymer International. 2011. Vol. 60, № 3. P. 500—506.Siddiqui M.N., Achilias D.S., Redhwi H.H. et al. // Macromolecular Materials and Engineering. 2010. Vol. 295, № 6. P. 575—584.Siddiqui M.N., Achilias D.S., Redhwi H.H. et al. // Macromolecular Materials and Engineering. 2010. Vol. 295, № 6. P. 575—584.Grause G., Handa T., Kameda T. et al. // Chemical Engineering Journal (Lausanne). 2011. Vol. 166, № 2. P. 523—528.Grause G., Handa T., Kameda T. et al. // Chemical Engineering Journal (Lausanne). 2011. Vol. 166, № 2. P. 523—528.Mishra S., Zope V.S., Goje A.S. // Journal of Applied Polymer Science. 2003. Vol. 90, № 12. P. 3305—3309.Mishra S., Zope V.S., Goje A.S. // Journal of Applied Polymer Science. 2003. Vol. 90, № 12. P. 3305—3309.Yang Y., Lu Y., Xiang H. et al. // Polymer Degradation and Stability. 2002. Vol. 75, № 1. P. 185—191.Yang Y., Lu Y., Xiang H. et al. // Polymer Degradation and Stability. 2002. Vol. 75, № 1. P. 185—191.Chen W., McCarthy T.J. // Macromolecules. 1998. Vol. 31, № 11. P. 3648—3655.Chen W., McCarthy T.J. // Macromolecules. 1998. Vol. 31, № 11. P. 3648—3655.Yoshioka T., Ota M., Okuwaki A. // Industrial & Engineering Chemistry Research. 2003. Vol. 42, № 4. P. 675—679.Yoshioka T., Ota M., Okuwaki A. // Industrial & Engineering Chemistry Research. 2003. Vol. 42, № 4. P. 675—679.Liu F., Cui X., Yu S. et al. // Journal of Applied Polymer Science. 2009. Vol. 114, № 6. P. 3561—3565.Liu F., Cui X., Yu S. et al. // Journal of Applied Polymer Science. 2009. Vol. 114, № 6. P. 3561—3565.Yue Q.F., Wang C.X., Zhang L.N. et al. // Polymer Degradation and Stability. 2011. Vol. 96, № 4. P. 399—403.Yue Q.F., Wang C.X., Zhang L.N. et al. // Polymer Degradation and Stability. 2011. Vol. 96, № 4. P. 399—403.Wang H., Liu Y., Li Z. et al. // European Polymer Journal. 2009. Vol. 45, № 5. P. 1535—1544.Wang H., Liu Y., Li Z. et al. // European Polymer Journal. 2009. Vol. 45, № 5. P. 1535—1544.Genta M., Iwaya T., Sasaki M., Goto M. // Waste Management. 2007. Vol. 27, № 9. P. 1167—1177.Genta M., Iwaya T., Sasaki M., Goto M. // Waste Management. 2007. Vol. 27, № 9. P. 1167—1177.Kurokawa H., Ohshima M.-a., Sugiyama K., Miura H. // Polymer Degradation and Stability. 2003. Vol. 79, № 3. P. 529—533.Kurokawa H., Ohshima M.-a., Sugiyama K., Miura H. // Polymer Degradation and Stability. 2003. Vol. 79, № 3. P. 529—533.Das J., Halgeri A.B., Sahu V., Parikh P.A. // Indian Journal of Chemical Technology. 2007. Vol. 14, № 2. P. 173—177.Das J., Halgeri A.B., Sahu V., Parikh P.A. // Indian Journal of Chemical Technology. 2007. Vol. 14, № 2. P. 173—177.Kosmidis V.A., Achilias D.S., Karayannidis G.P. // Macromolecular Materials and Engineering. 2001. Vol. 286, № 10. P. 640—647.Kosmidis V.A., Achilias D.S., Karayannidis G.P. // Macromolecular Materials and Engineering. 2001. Vol. 286, № 10. P. 640—647.Karayannidis G.P., Chatziavgoustis A.P., Achilias D.S. // Advances in Polymer Technology. 2002. Vol. 21, № 4. P. 250—259.Karayannidis G.P., Chatziavgoustis A.P., Achilias D.S. // Advances in Polymer Technology. 2002. Vol. 21, № 4. P. 250—259.Oku A., Hu L.-C., Yamada E. // Journal of Applied Polymer Science. 1997. Vol. 63, № 5. P. 595—601.Oku A., Hu L.-C., Yamada E. // Journal of Applied Polymer Science. 1997. Vol. 63, № 5. P. 595—601.Kao C.-Y., Wan B.-Z., Cheng W.-H. // Industrial & Engineering Chemistry Research. 1998. Vol. 37, № 4. P. 1228—1234.Kao C.-Y., Wan B.-Z., Cheng W.-H. // Industrial & Engineering Chemistry Research. 1998. Vol. 37, № 4. P. 1228—1234.Liu L., Zhang D., An L. et al. // Journal of Applied Polymer Science. 2005. Vol. 95, № 3. P. 719—723.Liu L., Zhang D., An L. et al. // Journal of Applied Polymer Science. 2005. Vol. 95, № 3. P. 719—723.Yoshioka T., Motoki T., Okuwaki A. // Industrial & Engineering Chemistry Research. 2000. Vol. 40. P. 75—79.Yoshioka T., Motoki T., Okuwaki A. // Industrial & Engineering Chemistry Research. 2000. Vol. 40. P. 75—79.Yoshioka T., Okayama N., Okuwaki A. // Industrial & Engineering Chemistry Research. 1998. Vol. 37, № 2. P. 336—340.Yoshioka T., Okayama N., Okuwaki A. // Industrial & Engineering Chemistry Research. 1998. Vol. 37, № 2. P. 336—340.Mehrabzadeh M., Shodjaei S.T., Khosravi M. // Iranian Polymer Journal. 2000. Vol. 9, № 1. P. 37—40.Mehrabzadeh M., Shodjaei S.T., Khosravi M. // Iranian Polymer Journal. 2000. Vol. 9, № 1. P. 37—40.López-Fonseca R., González-Velasco J.R., Gutiérrez-Ortiz J.I. // Chemical Engineering Journal (Lausanne). 2009. Vol. 146, № 2. P. 287—294.López-Fonseca R., González-Velasco J.R., Gutiérrez-Ortiz J.I. // Chemical Engineering Journal (Lausanne). 2009. Vol. 146, № 2. P. 287—294.Paliwal N.R., Mungray A.K. // Polymer Degradation and Stability. 2013. Vol. 98, № 10. P. 2094—2101.Paliwal N.R., Mungray A.K. // Polymer Degradation and Stability. 2013. Vol. 98, № 10. P. 2094—2101.Manju, Kumar Roy P., Ramanan A., Rajagopal C. // Materials Letters. 2013. Vol. 106. P. 390—392.Manju, Kumar Roy P., Ramanan A., Rajagopal C. // Materials Letters. 2013. Vol. 106. P. 390—392.Kržan A. // Polymers for Advanced Technologies. 1999. Vol. 10, № 10. P. 603—606.Kržan A. // Polymers for Advanced Technologies. 1999. Vol. 10, № 10. P. 603—606.Nikje M.M.A., Nazari F. // Advances in Polymer Technology. 2006. Vol. 25, № 4. P. 242—246.Nikje M.M.A., Nazari F. // Advances in Polymer Technology. 2006. Vol. 25, № 4. P. 242—246.Lidström P., Tierney J., Wathey B., Westman J. // Tetrahedron. 2001. Vol. 57, № 45. P. 9225—9283.Lidström P., Tierney J., Wathey B., Westman J. // Tetrahedron. 2001. Vol. 57, № 45. P. 9225—9283.Fini A., Breccia A. // Pure and Applied Chemistry. 1999. Vol. 71, № 4. P. 573—579.Fini A., Breccia A. // Pure and Applied Chemistry. 1999. Vol. 71, № 4. P. 573—579.Namboori C.G.G., Haith M.S. // Journal of Applied Polymer Science. 1968. Vol. 12, № 9. P. 1999—2005.Namboori C.G.G., Haith M.S. // Journal of Applied Polymer Science. 1968. Vol. 12, № 9. P. 1999—2005.Khalaf H.I., Hasan O.A. // Chemical Engineering Journal (Lausanne). 2012. Vol. 192. P. 45—48.Khalaf H.I., Hasan O.A. // Chemical Engineering Journal (Lausanne). 2012. Vol. 192. P. 45—48.Beguüm Elmas Kimyonok A., Mehmet Ulutuürk // Journal of Energetic Materials. 2016. Vol. 34, № 2. P. 113—122.Beguüm Elmas Kimyonok A., Mehmet Ulutuürk // Journal of Energetic Materials. 2016. Vol. 34, № 2. P. 113—122.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.