尿素/氯化胆碱协同催化废弃PET醇解及其机理研究

作     者：朱晨曦 郝壮壮 杨林林 曾桂香 潘丙才 江伟 Chenxi Zhu;Zhuangzhuang Hao;Linlin Yang;Guixiang Zeng;Bingcai Pan;Wei Jiang

作者机构：南京大学环境学院污染控制与资源化研究国家重点实验室国家有机毒物污染控制与资源化工程技术研究中心南京210023 南京大学匡亚明学院南京210023 

出 版 物：《中国科学：化学》 (SCIENTIA SINICA Chimica)

年 卷 期：2023年第53卷第9期

页      面：1761-1769页

核心收录：

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 081705[工学-工业催化] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0713[理学-生态学] 

主　　题：聚对苯二甲酸乙二醇酯 尿素 氯化胆碱 无金属催化 协同作用 

摘      要：无金属催化剂以其环保、低毒等优点,在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)催化降解中受到越来越多的关注,但其存在产品单体收率低、催化剂成本高等问题.针对这些问题,本研究开发了一种廉价的尿素(urea)/氯化胆碱(Ch Cl)复合催化剂,用于废弃PET醇解.在最佳反应条件(urea/Ch Cl=4:1,催化剂用量为PET质量的10%,PET:乙二醇(EG)的质量比为1:4,180℃反应2.5 h)下,PET转化率可达100%,对苯二甲酸双羟乙酯(BHET)的产率可达85.7%.此外,该复合催化剂还具有良好的循环再生性能,使用5次后仍能保持较高的BHET产率(83.5%).密度泛函理论(DFT)计算和弱相互作用分析(IGMH)结果表明,尿素和胆碱阳离子的协同催化是PET醇解反应展现优异活性的主要原因.尿素活化乙二醇提高其亲核性,同时,胆碱阳离子通过氢键相互作用稳定羰基氧,促进C–O键断裂/形成从而得到BHET.