废聚对苯二甲酸乙二醇酯的资源化回收技术研究

摘要

聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是热塑性聚酯中最主要的品种，因其优良的特性被大量应用于人类的生产和生活当中。但PET不易降解，生活所用的PET的使用周期也较短，随着PET消耗量的增大最终导致了大量PET垃圾的积累，不仅给环境带来了负担，同时也是一种资源的浪费。在世界性的保护环境的浪潮下，对PET的回收利用变得越来越紧迫。
　　 本文主要研究使用两种方法对废PET的资源化回收利用。第一是PET在近临界水条件下的水热降解回收单体。水热降解是一种环境友好的工艺，兼具经济的优点，因此受到了广泛的关注。首先采用能产生高温高压作用的外加热对顶砧压腔装置，通过与温控装置、显微镜、CCD摄像头以及计算机组成的系统，对PET在水热条件下的变化过程进行了原位观测。研究结果表明，PET在高温高压水条件下的相变降解过程是先溶胀再在217℃发生熔化，随着温度的升高，液态PET分解为更小的液态PET，同时也发生着降解反应。降解产物TPA在300℃以前是晶体的形式存在，在温度达到300℃后，溶解于水中，在冷却和降温过程中，又不断析出。此结果为PET的降解机理和降解动力学提供了依据。
　　 由于对顶砧装置体积很小，不能对产物进行定量分析。因此，在原位观测的基础上，利用水热高压釜进行了PET在近临界水的条件下的水热降解实验。研究结果表明PET水热降解后得到单体对苯二甲酸(TPA)，因其是制备PET的原料，实现了资源的循环利用。通过对不同物料比、不同温度、不同反应时间对PET降解率和TPA收率的影响，得到的最佳工艺参数如下：反应温度260℃，反应时间15min，物料比为10:1，在此优化条件下，解聚率为100％，TPA的收率达到91.64％。而当温度达到280℃或更高时，降解时间的延长将导致TPA的分解，从而引起收率的下降。
　　 其次尝试利用了PET与其水热降解产物TPA来制备活性炭。采用化学活化法，在炭化温度500℃、炭化时间30min、碱炭比4∶1、活化温度800℃、活化时间60min的条件下，制备出了较高比表面积和较好孔结构的活性炭，比表面积达到1527～1608m2/g。活性炭的制备过程分为两个阶段，炭化阶段和活化阶段。炭化阶段主要是原料的热分解和生成碳材料的过程；活化阶段是活化剂对碳材料的进一步活化和生成孔道结构的过程。以KOH或K2CO3为活化剂，以PET的降解产物TPA为原料可以制备出同时含有大量微孔和中孔的活性炭。