微波辐射下PET水解聚动力学模型的优化及能效的初步分析

论文摘要

近年来,聚酯解聚技术在我国蓬勃发展,聚酯解聚的方法也多种多样,但对聚酯解聚机理的研究却远落后于其技术的发展。然而日渐受重视的由聚酯的广泛应用引起的环境问题要求我们不得不对其机理作深入研究。对微波环境下的PET水解聚过程进行研究,不但可以为微波解聚工业化提供理论支持,还可以为微波非热效应提供有效支持。本文主要研究聚酯（PET）在微波环境中,水与PET质量比为10:1时,温度分别在190℃、180℃、170℃下,不同时间的纯水解聚过程。通过对解聚液相产物及固体残留物的测定、分析和表征来研究反应,探讨微波下PET解聚的反应机理,同时建立相应的动力学模型。利用气相色谱（GC）、红外光谱（IR）、凝胶色谱法（GPC）、热分析联用（TG-DSC）、扫描电镜（SEM）等分析测试手段,对PET解聚程度、解聚残留物的表观形貌和热力学行为进行了研究,同时对微波在反应过程中提供的能量进行了计算。通过采用气相色谱法对液相产物中乙二醇（EG）浓度的测定,发现同一温度下,随着时间的递进,液相产物中EG浓度不断增加;相应的同一反应时间,温度越高,测得的EG浓度也越高,但是EG浓度随时间的变化关系并不是简单的一次函数,表现出跳跃性。综合气相、红外、热重、扫描电镜等测试手段的分析结果,推断PET在微波环境下的解聚反应,其长链的断裂有无规和有规两个过程,反应初期主要进行的是无规断裂,有规断裂还不明显,后期则主要是有规断裂。通过对微波在反应中提供的能量进行分析,发现微波能量的多少与PET解聚程度呈一定的相关性,并初步建立了微波能量作用模型。对以往PET解聚的动力学模型进行优化,建立相应的反应速率方程,计算出化学反应的速率常数和活化能。结果表明,微波环境下的PET解聚反应的活化能比其他方式下PET解聚反应的活化能要低很多,结合前面分析得到的微波下PET无规解聚过程,说明正是微波的非热效应使PET发生无规解聚,反应在较短时间内就产生大量解聚产物,改变了反应路径,使反应更容易进行。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 聚酯（PET）概况
• 1.1.1 聚酯现状及其资源化意义
• 1.1.2 国内外聚酯资源化现状
• 1.2 废弃聚酯资源化方法
• 1.3 聚酯解聚的动力学研究现状
• 1.3.1 PET 水解动力学
• 1.3.2 PET 甲醇解聚动力学
• 1.3.3 PET 乙二醇解聚动力学
• 1.3.4 其他方式下PET 解聚动力学
• 1.4 微波及微波PET 解聚动力学
• 1.4.1 微波作用机制的研究现状
• 1.4.2 微波资源化领域应用现状
• 1.4.3 微波下PET 解聚及其动力学研究
• 1.5 本课题的研究目的和内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验原料与试剂
• 2.2 实验仪器装置
• 2.3 实验流程与操作步骤
• 2.4 解聚程度测定
• 2.5 PET 纯水解聚产物的测试与分析
• 2.5.1 气相色谱测试
• 2.5.2 凝胶色谱（GPC）分析
• 2.5.3 红外光谱分析
• 2.5.4 热分析
• 2.5.5 扫描电镜分析
• 第三章 PET 微波环境下水解聚液相产物中EG 含量测定
• 3.1 引言
• 3.2 单体EG 含量的测定方法
• 3.2.1 外标曲线的绘制
• 3.2.2 单体乙二醇浓度计算公式
• 3.3 测定结果与讨论
• 3.4 本章小结
• 第四章 PET 解聚产物的表征及微波作用机理探讨
• 4.1 气相色谱测试结果与讨论
• 4.2 红外光谱测试结果与讨论
• 4.3 TG-DSC 联用测试结果与讨论
• 4.4 扫描电镜分析与讨论
• 4.5 凝胶色谱测试结果与讨论
• 4.6 微波环境下PET 纯水解聚机理分析与讨论
• 4.7 本章小结
• 第五章 微波环境下PET 纯水解聚动力学模型的优化
• 5.1 引言
• 5.2 微波解聚动力学模型的优化
• 5.3 反应速率常数计算
• 5.4 反应活化能的计算及动力学方程式建立
• 5.5 本章结论
• 第六章 微波环境下PET 纯水解聚的能效关系初探
• 6.1 引言
• 6.2 能量计算
• 6.3 能量曲线与解聚率关系讨论
• 6.4 微波能量作用模型
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的论文