摘要: 聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)因具备优异的性能，目前已经在全球范围内得到了广泛的应用。PET需求量呈现逐年递增的趋势，但其回收量却处于较低的水平，使得数以亿吨的PET废弃物丢弃在自然界中。难以生物降解的废弃PET在自然界中的堆积，不仅造成了严重... 展开 聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)因具备优异的性能，目前已经在全球范围内得到了广泛的应用。PET需求量呈现逐年递增的趋势，但其回收量却处于较低的水平，使得数以亿吨的PET废弃物丢弃在自然界中。难以生物降解的废弃PET在自然界中的堆积，不仅造成了严重的环境污染，还造成了化石资源的浪费。化学回收法是解决废弃PET环境污染及化石资源浪费的有效方式，其中乙二醇醇解法因反应条件温和，单体的收率高等优势，是有望实现工业化的PET化学回收方式。但是醋酸锌等催化剂在降解液中的溶解，使得PET降解单体对苯二甲酸双羟乙酯(BHET)中残留了较多的Zn2+,Zn2+的存在影响了 BHET再聚合所得再生PET (rPET)的物化性质。加之PET纤维原料中高稳定性染料的添加，造成了 BHET中染料的残留，上述两个问题限制了 BHET的高值化利用。鉴于此，本研究引入了电化学纯化技术，分别通过电沉积技术脱除无色废弃PET乙二醇醇解单体中的Zn2+，以及电芬顿技术实现PET纤维乙二醇醇解单体的脱色，从而得到Zn2+含量及色度符合再利用为PET瓶标准的BHET。主要研究内容及成果如下: (1)开发了电沉积脱除无色废弃PET乙二醇醇解单体中Zn2+的新工艺。模拟体系的条件优化发现电沉积适宜处理Zn2+浓度为50～100 ppm的体系。对于实际PET降解体系，-9 V处理后粗制BHET中Zn2+的含量从141 ppm降低到了2 ppm,满足再生为PET瓶的要求;且废液中Zn2+含量从100 ppm降低到了 10 ppm以下，基本符合排放标准。电沉积回收了具有正六棱柱形貌的金属材料，且阴极铜电极片可以剥离金属锌实现再利用。电沉积在实现BHET高度纯化的同时，回收了醋酸锌中的金属锌资源，解决了醋酸锌催化剂难以回收的问题，减少了金属锌的浪费及Zn2+流失所产生的环境污染。 (2)研究发现BHET与Zn2+之间形成了以Zn为中心原子的非正四面体的四配位体，进一步提出了 Zn2+电沉积过程的三步法机理:(1)外加电场破坏四配位体的解离平衡，使得平衡向释放自由Zn2+的方向移动;(2)自由Zn2+为提高扩散系数，聚集形成离子团迁移到阴极;(3) Zn2+克服阴极存在的竞争反应进行还原沉积。进一步的研究证实，第(1)步四配位体解离平衡破坏释放自由Zn2+的步骤为沉积过程的速控步骤。 (3)开发了电芬顿实现PET纤维乙二醇醇解单体脱色的新工艺。考察了电位、H2O2用量、Fe3O4用量及温度对模型BHET中分散蓝2BLN (DB)脱除效果的影响，并在-0.001 V、3.3 vt％H2O2、0.1 wt％Fe3O4、65 ℃的最优条件下，14 min实现了 DB的100％脱除。脱色后所得BHET晶体的色度符合再聚合为食品级PET瓶的标准。电芬顿过程实现了无BHET损耗，无Fe离子杂质及副产物杂质引入，及10-4低数量级能耗的脱色。在最优条件下，不分离PET乙二醇醇解单体的电芬顿体系，一步实现了红纤维降解单体的深度脱色及废液中EG的初步脱色，所得红纤维及蓝纤维降解单体符合再利用为非食品级PET瓶的标准，提高了 EG再利用价值。电芬顿脱色简化了 PET纤维后处理纯化过程，避免了BHET重结晶脱色处理的弊端;不产生含染料的废液及固废;Fe3O4可以循环使用，脱色成本较低。 （4）电位是强化大量·OH产生的最关键的因素，Fe3O4与电场之间的协同作用促进了 BHET的高效脱色。外加电场之后，Fe3O4不仅是电芬顿反应的催化剂，可以降低产生·OH的能垒，还可以作为分散电极强化电场，为体系提供更多的能量，促进体系中的电化学反应。在极低能垒及高能量场的作用下，体系中快速产生了大量·OH,实现了 BHET的高效、深度脱色。 收起