Китайские учёные из Пекинского университета разработали каталитический процесс переработки ПЭТ-отходов в ценные химические вещества

Репортаж от Wedoany，Исследователи Пекинского университета разработали каталитический процесс для переработки отходов ПЭТ-пластика. Этот процесс, использующий коммерческий катализатор, позволяет без внешней подачи водорода превращать отработанные бутылки и контейнеры в два высокоценных химических промежуточных продукта: молочную кислоту и 1,4-циклогександикарбоновую кислоту.

Этот инновационный двухстадийный метод, описанный в статье «Превращение ПЭТ-пластика в молочную кислоту и 1,4-циклогександикарбоновую кислоту с помощью метанола», опубликованной в журнале Engineering, заключается в реакции потребительского полиэтилентерефталатного пластика с метанолом в мягких условиях с получением молочной кислоты и 1,4-циклогександикарбоновой кислоты. В отличие от традиционных методов переработки, которые повышают ценность только одного компонента ПЭТ-отходов, этот атом-экономичный маршрут одновременно извлекает ценность из обоих структурных фрагментов полимера.

Исследовательскую группу составили Чжэньбо Го, Хаоюй Чэнь, Шухэн Тянь, Мэйци Чжан, Мэн Ван и Дин Ма. Разработанный ими процесс направлен на преодоление фундаментального ограничения в экономике переработки пластика: извлечение максимальной ценности из сырья при минимизации энергозатрат и зависимости от внешних реагентов.

Процесс начинается с деполимеризации ПЭТ в растворе гидроксида натрия в метаноле при 160°C. Этот начальный этап разлагает полимер на составляющие его мономеры: этиленгликоль и терефталевую кислоту. Образующийся в ходе деполимеризации этиленгликоль вступает в реакцию дегидрогенизационного сочетания с метанолом, образуя молочную кислоту и водород. Одновременно дегидрирование метанола обеспечивает дополнительный водород, необходимый для стехиометрии последующей стадии гидрирования. Этот внутренне генерируемый водород собирается и повторно используется для гидрирования терефталевой кислоты в 1,4-циклогександикарбоновую кислоту, что полностью исключает зависимость от внешних баллонов с водородом.

Вся последовательность реакций протекает при умеренной температуре 160°C без необходимости замены катализатора. Коммерчески доступный катализатор Ru/C (рутений на углероде) эффективно работает на обеих стадиях реакции. Эксперименты с изотопной меткой с использованием дейтерированного метанола и дейтерированного этиленгликоля подтвердили, что дегидрирование этиленгликоля вносит значительный вклад как в скорость образования молочной кислоты, так и в источник водорода. Исследователи также обнаружили, что присутствие этиленгликоля подавляет побочные реакции, связанные с дегидрированием метанола, повышая общую селективность и выход.

Выделение продуктов включает стадии подкисления и очистки. В оптимизированных условиях выход молочной кислоты составил 55% с чистотой более 88%, а выход 1,4-циклогександикарбоновой кислоты — 84% с чистотой более 99%. Молочная кислота является ключевым строительным блоком для биоразлагаемого полилактидного пластика, пищевых добавок, фармацевтических препаратов и средств личной гигиены. 1,4-циклогександикарбоновая кислота используется в производстве высокоэффективных полиэфиров, покрытий и синтезе специальных химикатов. Оба продукта имеют более высокую рыночную стоимость, чем исходные мономеры ПЭТ, что создаёт множественные источники дохода для предприятий по переработке.

Исследователи проверили метод на различных реальных ПЭТ-отходах, включая бутылки, пищевые контейнеры, волокна и окрашенные изделия, подтвердив совместимость с типичным потребительским сырьём. Тесты на стабильность показали постепенное снижение активности катализатора при повторных циклах, что связано с незначительной агломерацией наночастиц рутения и частичным выщелачиванием металла. Исследователи отмечают, что катализатор Ru/C коммерчески доступен и относительно недорог, что делает его периодическую замену в промышленных условиях экономически целесообразной.

Данный материал скомпилирован платформой Wedoany. При цитировании материалов, созданных с помощью искусственного интеллекта (ИИ), необходимо обязательно указывать источник — «Wedoany». В случае выявления нарушения прав или иных проблем просим своевременно информировать нас. Сайт оперативно внесёт изменения или удалит материал.Электронная почта: news@wedoany.com