聚酯类材料循环利用的方法主要有两类，一类是物理方法，即通过熔融再塑或造粒再塑制备其他低附加值产品，该法显著降低了这些废旧聚酯类材料的利用价值。另一类是化学方法，即将聚酯类材料在热和化学试剂的作用下发生解聚反应，生成相应的单体或低分子量产物，产物经分离、纯化后可重新作为生产聚酯材料的单体或合成其它化工产品的原料，从而实现固废聚酯资源的循环利用。 

利用离子液体、固体碱催化剂结构的可设计性，创制出系列的高效降解催化剂，使聚酯类材料的化学解聚过程能够在温和环境下进行，并回收制备相应的单体原料或化工产品。研究上述反应在新催化体系下的动力学规律和反应机理，实现催化剂的回收和循环使用。以期克服现有方法存在的催化剂难以回用、三废排放量大和反应条件苛刻等缺陷。

项目主要创新点：

（1）采用简易一步法成功创制出对废聚碳酸酯（PC）、聚乳酸（PLA）有较强溶解能力、热稳定性高、价廉易得的DBU基质子型离子液体，将其作为溶剂与催化剂，在温和、无其它酸碱催化剂的反应条件下即可实现PC与PLA的高效醇解反应，并实现了离子液体的回收循环使用；

（2）通过对上述过程进行放大研究，开发出了一种废PC化学回收利用的清洁工艺，克服了现有方法中存在的催化剂不能循环回用、设备腐蚀、三废排放多和反应条件苛刻等缺点。PC醇解率、产物双酚A收率和离子液体循环回用等技术指标均达到国际先进水平；

（3）创制出系列可高效催化降解PC的SBA-15基固体碱催化剂，利用介孔分子筛无序孔隙和良好的连通性负载多金属氧化物，增加催化剂和PC的接触面积，提供更多的活性位点，在界面协同催化作用下，大大降低PC的反应活化能，在温和条件下实现PC的高效催化降解。

课题组相关的前期工作基础

（1）创制出不同酸强度的Lewis酸型离子液体[Bmim]Cl‧FeCl₃，并将其用于催化PC醇解反应研究，分别考察了反应温度、催化剂用量、醇用量和反应时间等因素对PC醇解反应的影响，得出较佳工艺条件为：反应温度120 ^oC、反应时间3.0 h、催化剂摩尔浓度为5.0 mol%，n(CH₃OH)/n(PC)摩尔比为6:1。在该条件下，PC可以完全降解，产物双酚A(BPA)收率可达97.0%以上，且该催化剂循环回用6次后仍表现出良好的催化活性。同时对离子液体催化PC甲醇醇解反应的机理和动力学进行探讨，表明该反应符合一级动力学模型，反应活化能为98.9 kJžmol^-1；

（2）采用简易一步中和法制备出系列DBU基离子液体，研究了其在PC醇解反应中的催化性能。分别考察了不同催化剂结构、催化反应条件对PC醇解反应的影响，研究发现，以[HDBU][LAc]为催化剂，在反应温度120 ^oC，n(CH₃OH)/n(PC)摩尔比为5:1，催化剂摩尔浓度为0.8 mol%条件下反应1.0 h，PC降解率可达100%，产物BPA收率≥95.0%。通过考察不同醇结构对催化活性的影响，发现随着醇结构空间位阻的增大，反应活性降低。对离子液体[HDBU][LAc]的回用性能进行了考察，催化剂循环回用6次后，PC降解率和BPA收率均无明显降低，表现出良好的结构稳定性；

（3）为进一步降低PC醇解反应能耗，采用一步法合成出烷基咪唑为阴离子的质子型离子液体。通过对催化剂结构及反应工艺条件的优化，得出较佳的反应条件：反应温度70 ^oC、反应时间2.0 h、n(CH₃OH)/n(PC)摩尔比5:1，催化剂[HDBU][Im]摩尔浓度为1.60 mol%。在该条件下，PC可实现完全降解，产物BPA收率达96%以上。以[HDBU][Im]为催化剂，分别考察了不同醇结构对PC醇解反应的影响，同时研究了其对不同废聚酯材料醇解反应的催化活性，该类催化剂均能表现出良好的催化性能。对[HDBU][Im]在反应中的回用性能进行考察，结果表明离子液体可循环回用6次以上，稳定性良好；

（4）创制出CeO₂-CaO-ZrO₂固体碱催化剂用于高效醇解PC，将CeO₂-CaO负载在中空ZrO₂上，合成多孔CeO₂-CaO-ZrO₂。该催化剂形成的多活性物种位点大大降低了甲醇去质子化的活化能垒。中空ZrO₂与CeO-CaO的紧密接触便于增加催化剂和PC的接触面积，提供更多的活性位点。得益于界面协同催化作用和丰富的活性位点，PC的反应活化能大大降低。在温度为100 ℃，CeO₂-CaO-ZrO₂和PC质量比为0.05:1的条件下，甲醇和PC摩尔比为8:1的温和条件下，反应2 h，PC转化率高达100%，催化剂重复使用5次后，其转化率和产品收率无明显下降，表现出催化剂良好的结构稳定性；

（5）创制出富含缺陷的xCaO/Ce-SBA-15固体碱催化剂用于高效醇解PC。掺杂丰富氧空位的Ca和Ce原子通过等离子体进入SBA-15复合材料，赋予这种介孔材料很强的碱活性位点，CaO和CeO₂之间实现了协同催化作用，Ca取代Ce和Si原子以及等离子体处理引起高密度缺陷，从而对PC的有效吸附和活化，进一步实现高效的PC醇解。对催化剂在反应中的回用性能进行考察，结果表明其可循环回用5次以上，表现出催化剂良好的结构稳定性。

已发表学术论文

(1) Jiao Guo, Mengshuai Liu, Yongqiang Gu, Yuchen Wang, Jun Gao, Fusheng Liu. Efficient Alcoholysis of Polycarbonate Catalyzed by Recyclable Lewis Acidic Ionic Liquids. Industrial & Engineering Chemistry Research 2018, 57 (32): 10915-10921.

(2) Mengshuai Liu, Jiao Guo, Yongqiang Gu, Jun Gao, Fusheng Liu, Shitao Yu. Pushing the Limits in Alcoholysis of Waste Polycarbonate with DBU-Based Ionic Liquids under Metal- and Solvent-Free Conditions. ACS Sustainable Chemistry & Engineering 2018, 6 (10): 13114-13121.

(3) Mengshuai Liu, Jiao Guo, Yongqiang Gu, Jun Gao, Fusheng Liu. Versatile Imidazole-Anion-Derived Ionic Liquids with Unparalleled Activity for Alcoholysis of Polyester Wastes under Mild and Green Conditions. ACS Sustainable Chemistry & Engineering 2018, 6 (11): 15127-15134.

(4) Mengshuai Liu, Jiao Guo, Yongqiang Gu, Jun Gao, Fusheng Liu. Degradation of waste polycarbonate via hydrolytic strategy to recover monomer (bisphenol A) catalyzed by DBU-based ionic liquids under metal- and solvent-free conditions. Polymer Degradation and Stability 2018, 157: 9-14.

(5) Fusheng Liu, Jiao Guo, PenghuiZhao, Mingkai Jia, Mengshuai Liu*, Jun Gao. Novel succinimide-based ionic liquids as efficient and sustainable media for methanolysis of polycarbonate to recover bisphenol A (BPA) under mild conditions[J]. Polymer Degradation and Stability, 2019, 169: 108996.

(6) Fusheng Liu, Jiao Guo, Penghui Zhao, Yongqiang Gu, Jun Gao, Mengshuai Liu*, Facile synthesis of DBU-based protic ionic liquid for efficient alcoholysis of waste poly(lactic acid) to lactate esters, Polymer Degradation and Stability, 2019, 167: 124-129.

(7) Fusheng Liu, Yaoyao Xiao, Xinxin Sun, Guohui Qin*, Xiuyan Song, Yiyu Liu Synergistic catalysis over hollow CeO₂-CaO-ZrO₂ nanostructure for polycarbonate methanolysis with methanol, Chemical Engineering Journal, 2019, 369: 205-214.

(8) Yuchen Yang, Chengyang Wang*, Fusheng Liu, Xinixn Sun, Guohui Qin*，Yuting Liu, Jun Gao, Mesoporous electronegative nanocomposites of SBA-15 with CaO-CeO₂ for polycarbonate depolymerization, Journal of Materials Science, 2019, 54: 9442-9455.