Каталитическая деполимеризация отходов полиэтилентерефталата с использованием метилата натрия и микроволнового излучения

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.

1. Awaja F., Pavel D. // European Polymer Journal. 2005. Vol. 41, № 7. P. 1453—1477.

2. Zhang H., Wen Z.-G. // Waste Management. 2014. Vol. 34, № 6. P. 987—998.

3. Siddiqui M.N., Redhwi H.H., Achilias D.S. // Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 2012. Vol. 98. P. 214—220.

4. Tuna Ö., Bal A., Güçlü G. // Polymer Engineering and Science. 2013. Vol. 53, № 1. P. 176—182.

5. Torres N., Robin J.J., Boutevin B. // European Polymer Journal. 2000. Vol. 36, № 10. P. 2075—2080.

6. Paszun D., Spychaj T. // Industrial & Engineering Chemistry Research. 1997. Vol. 36, № 4. P. 1373—1383.

7. Karayannidis G.P., Achilias D.S. // Macromolecular Materials and Engineering. 2007. Vol. 292, № 2. P. 128—146.

8. Pingale N.D., Shukla S.R. // European Polymer Journal. 2008. Vol. 44, № 12. P. 4151—4156.

9. Nikles D.E., Farahat M.S. // Macromolecular Materials and Engineering. 2005. Vol. 290, № 1. P. 13—30.

10. Achilias D.S., Tsintzou G.P., Nikolaidis A.K. et al. // Polymer International. 2011. Vol. 60, № 3. P. 500—506.

11. Siddiqui M.N., Achilias D.S., Redhwi H.H. et al. // Macromolecular Materials and Engineering. 2010. Vol. 295, № 6. P. 575—584.

12. Grause G., Handa T., Kameda T. et al. // Chemical Engineering Journal (Lausanne). 2011. Vol. 166, № 2. P. 523—528.

13. Mishra S., Zope V.S., Goje A.S. // Journal of Applied Polymer Science. 2003. Vol. 90, № 12. P. 3305—3309.

14. Yang Y., Lu Y., Xiang H. et al. // Polymer Degradation and Stability. 2002. Vol. 75, № 1. P. 185—191.

15. Chen W., McCarthy T.J. // Macromolecules. 1998. Vol. 31, № 11. P. 3648—3655.

16. Yoshioka T., Ota M., Okuwaki A. // Industrial & Engineering Chemistry Research. 2003. Vol. 42, № 4. P. 675—679.

17. Liu F., Cui X., Yu S. et al. // Journal of Applied Polymer Science. 2009. Vol. 114, № 6. P. 3561—3565.

18. Yue Q.F., Wang C.X., Zhang L.N. et al. // Polymer Degradation and Stability. 2011. Vol. 96, № 4. P. 399—403.

19. Wang H., Liu Y., Li Z. et al. // European Polymer Journal. 2009. Vol. 45, № 5. P. 1535—1544.

20. Genta M., Iwaya T., Sasaki M., Goto M. // Waste Management. 2007. Vol. 27, № 9. P. 1167—1177.

21. Kurokawa H., Ohshima M.-a., Sugiyama K., Miura H. // Polymer Degradation and Stability. 2003. Vol. 79, № 3. P. 529—533.

22. Das J., Halgeri A.B., Sahu V., Parikh P.A. // Indian Journal of Chemical Technology. 2007. Vol. 14, № 2. P. 173—177.

23. Kosmidis V.A., Achilias D.S., Karayannidis G.P. // Macromolecular Materials and Engineering. 2001. Vol. 286, № 10. P. 640—647.

24. Karayannidis G.P., Chatziavgoustis A.P., Achilias D.S. // Advances in Polymer Technology. 2002. Vol. 21, № 4. P. 250—259.

25. Oku A., Hu L.-C., Yamada E. // Journal of Applied Polymer Science. 1997. Vol. 63, № 5. P. 595—601.

26. Kao C.-Y., Wan B.-Z., Cheng W.-H. // Industrial & Engineering Chemistry Research. 1998. Vol. 37, № 4. P. 1228—1234.

27. Liu L., Zhang D., An L. et al. // Journal of Applied Polymer Science. 2005. Vol. 95, № 3. P. 719—723.

28. Yoshioka T., Motoki T., Okuwaki A. // Industrial & Engineering Chemistry Research. 2000. Vol. 40. P. 75—79.

29. Yoshioka T., Okayama N., Okuwaki A. // Industrial & Engineering Chemistry Research. 1998. Vol. 37, № 2. P. 336—340.

30. Mehrabzadeh M., Shodjaei S.T., Khosravi M. // Iranian Polymer Journal. 2000. Vol. 9, № 1. P. 37—40.

31. López-Fonseca R., González-Velasco J.R., Gutiérrez-Ortiz J.I. // Chemical Engineering Journal (Lausanne). 2009. Vol. 146, № 2. P. 287—294.

32. Paliwal N.R., Mungray A.K. // Polymer Degradation and Stability. 2013. Vol. 98, № 10. P. 2094—2101.

33. Manju, Kumar Roy P., Ramanan A., Rajagopal C. // Materials Letters. 2013. Vol. 106. P. 390—392.

34. Kržan A. // Polymers for Advanced Technologies. 1999. Vol. 10, № 10. P. 603—606.

35. Nikje M.M.A., Nazari F. // Advances in Polymer Technology. 2006. Vol. 25, № 4. P. 242—246.

36. Lidström P., Tierney J., Wathey B., Westman J. // Tetrahedron. 2001. Vol. 57, № 45. P. 9225—9283.

37. Fini A., Breccia A. // Pure and Applied Chemistry. 1999. Vol. 71, № 4. P. 573—579.

38. Namboori C.G.G., Haith M.S. // Journal of Applied Polymer Science. 1968. Vol. 12, № 9. P. 1999—2005.

39. Khalaf H.I., Hasan O.A. // Chemical Engineering Journal (Lausanne). 2012. Vol. 192. P. 45—48.

40. Beguüm Elmas Kimyonok A., Mehmet Ulutuürk // Journal of Energetic Materials. 2016. Vol. 34, № 2. P. 113—122.