[发明专利]塑料材料降解为对苯二甲酸(TPA)、乙二醇和/或形成该塑料材料的其他单体

说明书

本发明涉及将塑料材料降解成对苯二甲酸(TPA)和/或乙二醇和/或形成该塑料材料的其他单体的方法。

技术领域

本发明涉及将塑料材料降解成对苯二甲酸(TPA)和/或乙二醇和/或形成该塑料材料的其他单体的方法。

背景技术

聚(对苯二甲酸乙二醇酯)，被广泛称为PET，是一种半结晶热塑性聚酯，其以纤维、片材、薄膜和瓶子的形式用于各种行业。它的稳定性、高机械强度、对大气作用和生物因子的高抵抗力以及良好的美学外观使其在商业领域和工业领域广受欢迎。近期有报道称，世界PET消费量约为每年2000万吨，由于3.6％的年增长率，预计到2021年将超过每年2000万吨。虽然PET已成为我们生活中不可分割的一部分，但其在海洋和垃圾填埋场中的污染引起了环境问题。截至2015年，据估计只有9％的塑料被回收利用，12％的塑料被焚化，以及79％的塑料已积累在我们的垃圾填埋场或自然环境中。此外，环境中的微塑料污染以及随后在海洋无脊椎动物和其他哺乳动物中的微塑料污染最近也成为一个严重的问题，这是与它们的摄入相关的不良影响导致的，例如为对生殖、神经功能活动减少、道德等的影响。

PET生产的环境影响不仅限于消费后PET污染垃圾填埋场。另据报道，虽然其他工业部门可以降低他们的碳足迹，但生产PET的石化工业最终会随着PET产量的增加而增加温室气体排放，从而侵蚀气候效益。最常见的PET工业合成路线是使用连续熔融相聚合工艺在约280℃的温度使乙二醇(EG)和对苯二甲酸二甲酯(DMT)或纯化的对苯二甲酸(TPA)进行缩聚。该工艺的基础化学品(EG、DMT和TPA)是石化工业通过将石脑油催化重整为对二甲苯获得的典型大宗化学品。因此，通过增加市场上的TPA供应以及减少我们对石油工业的TPA的依赖来关闭回收循环具有从环境中去除消费后废品到减少温室气体排放的连锁效应。

随着PET的消费，无论是商业上还是工业上，用户通常通过四种不同的方法回收产品，根据回收产品的质量，这四种方法被称为初级回收到四级回收。初级回收专门处理工业PET废料和废物，而二级回收通过研磨、洗涤、干燥和再加工对消费用PET进行物理再加工。然而，通过二级回收获得的PET的质量不是原始状态，因此大部分PET最终会被焚烧以回收能量(四级回收)。最终，三级回收，或将PET解聚为其起始单体是关闭回收循环的理想方法，因为单体可以转售回化学工业以形成原始PET或其他产品。

三级回收，即将PET化学转化为有用的基础产品，可以通过溶剂分解来完成，溶剂分解分为：i.水解、ii.氨基分解、iii.氨解、iv.甲醇分解、和v.糖酵解。在工业上，水解是一种理想的工艺，因为产生的成分(TPA和EG)是用于制造PET的原始成分。然而，主要缺点是目前的方法使用高温(200℃-350℃)和高压(1.1MPa)。据报道，PET在室温的中性水解很难通过通用的分析方法检测到，因为它完全不溶于例如水和乙醇等溶剂。然而，如果这些溶剂与酸或碱结合，只要有足够的时间，就可以开始解聚。PET的酸性/中性或碱性水解机制涉及通过H⁺或OH^-破坏主链中的酯键，产生一个羧基端基和一个羟基端基(TPA和EG)。PET的碱性水解通常在NaOH溶液或KOH溶液(4重量％-20重量％)中进行，使用以下条件的效果最佳：在2小时内于约100℃，PET:NaOH的重量比为1:20。

其他方法，如氨基分解/氨解、甲醇分解和糖酵解，通常都会产生除TPA之外的产品，如分别产生双(2-羟基亚乙基)对苯二甲酰胺、DMT和双(2-羟乙基)对苯二甲酸酯。虽然每种方法都有其独特的优势，但与之相关的缺点是使用高压和/或高温、稀有/昂贵的催化剂、相关产品向TPA的转化、以及分离和精制产品的高成本。虽然自20世纪50年代以来，PET的化学降解或解聚已经取得了长足的进步，但还远未完成，并且对于每种工艺的研究都显示了如何克服与反应时间长、产率低、条件苛刻和污染有关的问题。需要注意的是，虽然这些工艺都被描述为成功回收PET，但没有一种特定的方法可以同时解决所有这些问题。

因此，需要一种有效、廉价、稳健且实用的技术来降解塑料废品，例如PET材料，并同时产生对苯二甲酸(TPA)、和/或乙二醇(EG)和/或形成一种或多种塑料材料的其他单体。