西湖大学王蕾团队ChemSusChem：生物基溶剂Cyrene高效回收及快速水解PET

论文信息

聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）是一种用途广泛的热塑性聚合物，但由于其使用量大且不可再生，导致废弃物持续堆积并带来严重的环境污染风险。当前塑料回收技术面临的主要挑战包括：机械回收所得塑料质量偏低，以及化学解聚过程通常需要严苛条件且效率有限。为应对这些挑战，亟需开发高效、可持续的回收技术。在塑料回收过程中，溶剂发挥着不可或缺的关键作用。然而，现有大多数溶剂来源于化石基原料，其中不乏卤代物或低沸点溶剂，带来了工艺安全、环境可持续性以及经济可行性方面的潜在问题。要突破这一瓶颈，亟需开发性能可与传统溶剂媲美、且符合绿色化学与循环经济原则的生物基绿色溶剂。

西湖大学王蕾课题组近期报道了一种溶剂辅助的PET回收策略，创新性地使用二氢左旋葡萄糖酮（Cyrene）作为溶解溶剂，实现了直接的“聚合物到聚合物”回收路径。同时，Cyrene作为助溶剂还能在温和条件下高效促进PET的碱水解，实现高PET转化率和获得高纯度的对苯二甲酸（TPA）单体。该“双功能溶剂”策略不仅为PET回收提供了可持续、可规模化的新途径，也为生物基助溶剂的设计与应用提供了新的思路，在循环经济框架下最大限度地降低环境影响。

图1 “双功能溶剂”回收PET工艺路线

图2 a) 溶解-沉淀法回收PET示意图 b) PET和不同溶剂的σ-分布曲线 c) PET在Cyrene中的溶胀DSC曲线 d-e) 原始PET的表面形貌 f-i) 升温过程中PET在Cyrene中表面相貌变化 j）PET和溶剂相互作用红外光谱图

在加热条件下，PET在Cyrene中表面逐渐出现裂纹和凹槽，表明其在溶解过程中经历了溶胀和溶剂侵蚀表面。PET与Cyrene之间存在的弱氢键相互作用，有助于促进PET的溶解。

图3 a) 商用TPA和回收TPA的红外光谱 b) XRD图谱 c) 热重曲线 d) 核磁碳谱 e) 核磁氢谱；f) HPLC标准曲线 g) 乙二醇、Cyrene和混合溶液的红外光谱；h) 温度对PET解聚的影响 i) 产物实物图 j) PET在Cyrene/NaOH混合溶液碱水解反应机理

回收所得单体对苯二甲酸（TPA）在结构和性能上与商用TPA保持一致，证明产物具有高纯度和高产率。作为助溶剂，Cyrene不仅通过与PET相互作用暴露酯键、增加界面可及性，从而有利于氢氧根离子（OH⁻）对酯键的亲核攻击，加速水解反应；同时，Cyrene还能与乙二醇发生相互作用，促进羟基活化，使乙二醇更易与氢氧化钠生成醇盐。该醇盐随后攻击PET的酯键，经过连续水解及对苯二甲酸钠酸化处理，最终高效获得高纯度的TPA。

期刊简介

《ChemSusChem》发表以化学为核心、在可持续性研究各个领域具有影响力的科研成果，包括绿色合成与化学、能源储存与转化以及材料升级回收等方向。该期刊涵盖范围广泛，涉及可再生能源与材料、碳捕获与转化、氢能、环境化学、可持续催化以及绿色化学的所有方面。

点击投稿