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PET醇解产物中痕量金属杂质的脱除研究

文献类型:学位论文

作者张旗
答辩日期2021-06-01
文献子类硕士
授予单位中国科学院过程工程研究所
导师吕兴梅
关键词醇解产物,金属杂质,吸附纯化,001*7磺酸树脂,离子交换
英文摘要

聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的乙二醇醇解法是一种极具工业前景且符合绿色化学发展原则的解聚方法。研究发现,醇解催化剂和PET生产时引入的金属添加剂会残留在产物对苯二甲酸乙二醇酯(BHET)中,造成产物纯化困难且对下游产品的色度和安全性造成威胁。本文使用电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP)测得BHET中主要含有Zn、Cr、Ca、Ni、Mn、Co和Cd等金属杂质。考虑到痕量金属的危害,本文使用活性炭和常见的树脂如001*7、201*7、D401、D418、D311和XDA-7等作为吸附剂对BHET中的痕量金属进行脱除,并探究单金属杂质体系及多金属杂质体系中金属离子的脱除情况。主要研究内容及成果如下:(1) 单金属杂质体系中Zn(Ⅱ)的脱除。首先对常见吸附剂进行筛选,得到纯化体系的最佳吸附剂为001*7磺酸阳离子交换树脂并对吸附过程的树脂用量、搅拌速率和吸附时间等条件进行优化,最终使用1.6 g/L的001*7树脂在160 rpm、298.15 K的条件下吸附120 min,能够有效脱除BHET中99%的痕量Zn(Ⅱ)而对BHET的损失率仅为2%。使用系列表征手段对吸附后的树脂进行表征以判断树脂对金属的吸附作用,各表征手段表明树脂通过π-π共轭和氢键作用对BHET产生微弱吸附,而树脂结构中的磺酸基与金属之间的离子交换和孤电子对的配位则是金属脱除的主要原因。(2) 单金属杂质体系中Zn(Ⅱ)的脱除机理。使用常见的动力学模型、吸附等温和热力学模型对吸附数据进行拟合。准二级动力学模型表明Zn(Ⅱ)在树脂上的吸附由化学吸附主导,Langmuir模型表明吸附为均一的单分子层覆盖过程。热力学研究表明吸附为自发的吸热过程且吸附过程固液界面处的混乱度增加。近一步的,使用纯化后的BHET聚合为再生PET(r-PET),结果表明聚合后r-PET的色度显著改善。(3) 多金属杂质体系中痕量金属的脱除及机理分析。使用001*7树脂对BHET中的多种金属杂质进行脱除,最终使用4.4 g/L的001*7树脂,在120 rpm、298.15 K的条件下吸附120 min,能够有效的脱除BHET中的痕量金属杂质,聚合后r-PET产品的色度同样得到显著改善。FTIR、SEM-EDS和XPS等表征手段均显示出与单金属脱除体系相似的变化,表明吸附过程中树脂对各痕量金属的吸附均为离子交换和配位作用。同时,多金属杂质体系的动力学分析表明BHET中的各痕量金属杂质在树脂上的吸附均由化学吸附主导。

语种中文
源URL[http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/60906]  
推荐引用方式
GB/T 7714
张旗. PET醇解产物中痕量金属杂质的脱除研究[D]. 中国科学院过程工程研究所. 2021.

入库方式: OAI收割

来源:过程工程研究所

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