混纺纤维中PET选择性降解的金属基离子液体设计及调控机制

It is an unresolved problem to promote recycling utilization process that how to achieve efficient separation of polyester fibers and cotton fibers from waste polyester-cotton blending and high-value utilization. This project intends to use transition-metal as the core elements, and modulate or modify anion/cation structure, and especially introduce metal ions with great catalysis ability into anion. Design and synthesis metal matrix ionic liquid for selective catalytic degradation of PET from polyester-cotton blending fibers. Moreover, the ionic liquid catalyst will make a series of research, such as the structure-activity relationship of metal ionic liquid, mechanism interacting with PET and catalytic mechanism, structure-activity relationship of cotton fiber dissolution, the mechanism of selective catalytic degradation of PET in polyester-cotton blending fiber. Degradation of PET and undissolved cotton fibers impact in waste polyester-cotton blending fiber reach the optimal balance through regulating structure of metal matrix ionic liquids. The regulatory mechanism of metal matrix ionic liquid is established in selective separation and degradation of polyester-cotton blending fiber and forma new method for separation of polyester-cotton blending fibers. It will provide a theoretical direction for separation components recycling of waste blending fabric, and support a complete common technology platform of the high value utilization of waste polymer materials, which has important theoretical significance and practical application value.

如何能高效分离废旧涤棉混纺织物中的涤、棉组份，且任一组份经分离后均可回收并实现高值化利用，是推进混纺纤维回收利用进程亟待攻克的难题。本项目拟以过渡系金属为核心元素，调变/修饰阴阳离子结构，特别是在阴离子中引入具有显著催化作用的金属中心离子，设计合成用于选择性催化降解涤棉混纺纤维中PET的金属基离子液体，研究其构效关系、与PET相互作用机制及催化机理、溶解棉纤维构效关系、选择性催化降解涤棉混纺纤维中PET的机理，以期通过调控金属基离子液体结构使其降解PET与憎溶棉纤维达到最优平衡，以此建立金属基离子液体选择性催化降解分离涤棉混纺纤维的调控机制，形成分离涤棉混纺纤维的新方法，为大宗废旧混纺织物组份分离回收提供理论指导，支撑我国废旧高分子材料高值化利用的共性技术平台，具有重要的理论意义和实际应用价值。

纺织工业是关乎民生的国家支柱型产业，随着纺织技术的发展与人们生活水平的不断提升，纺织品种类逐渐增多，消费量与日俱增，使用周期缩短，使得废旧纺织品数量急剧增长，造成资源浪费的同时，给生态环境带来巨大压力。涤棉作为废旧纺织品的主体，高效分离其中的涤、棉组份，且任一组份经分离后均可回收并实现高值化利用，是推进混纺纤维回收利用进程亟待攻克的难题。本项目基于前期PET降解研究，提出以过渡系金属为核心元素，调变/修饰阴阳离子结构，设计合成用于选择性催化降解涤棉混纺纤维中PET的金属基离子液体，主要研究内容及结果包括：（1）设计合成了系列离子液体，包括过渡金属离子液体、氨基酸离子液体、金属氨基酸低共熔溶剂等二十种，研究其结构及基础性能。（2）将上述合成的离子液体用于催化降解PET，经响应面、反应条件优化、催化效果、与PET相互作用机制及催化机理等研究，最终优选获得甜菜碱/醋酸锌低共熔溶剂催化剂。（3）该催化剂用于纤维素溶解实验，证明其对纤维素几乎不溶。（4）进一步将优选出的具有最优催化活性的甜菜碱/醋酸锌低共熔溶剂，替代传统分离实验中强酸溶剂的使用，选择性催化降解涤棉混纺纤维中PET，以绿色温和的方法实现了涤棉分离。项目形成的分离涤棉混纺纤维的新方法，有望为大宗废旧混纺织物组份分离回收提供理论指导，支撑我国废旧高分子材料高值化利用的共性技术平台，具有重要的理论意义和实际应用价值。