Cooperative Effect of Oxygen Vacancies and Lewis Acid Sites in Selective Depolymerization of PET Plastic Over Ti‐Doped ZnO Catalysts

解聚 聚对苯二甲酸乙二醇酯 催化作用 路易斯酸 化学 氧气 甲醇 单体 离解(化学) 亲核细胞 产量(工程) 乙烯 聚乙烯 高分子化学 无机化学 光化学 材料科学 多相催化 对苯二甲酸二甲酯 聚合 固体酸 同种类的 核化学 对苯二甲酸 过渡金属
作者
Ritika Das,Arjun K. Manal,Rajendra Srivastava
出处
期刊:Chemcatchem [Wiley]
卷期号:18 (1)
标识
DOI:10.1002/cctc.202501746
摘要

ABSTRACT Effective and selective recycling of polyethylene terephthalate (PET) into monomers and chemicals is essential. Herein, transition metal‐doped ZnO catalysts (M = Ti, Zr, and Hf) were synthesized and investigated for PET methanolysis. Among them, the Ti‐doped ZnO catalyst containing 7.5 wt% Ti (7.5Ti–ZnO) exhibited excellent activity, delivering 98.3% dimethyl terephthalate (DMT) yield at 170°C in 0.5 h, representing a 2.5‐fold higher activity than pristine ZnO. The catalyst also showed excellent activity in real and mixed PET wastes, confirming its broad applicability. Structural and spectroscopic analyses confirmed the incorporation of Ti into the ZnO lattice, resulting in a homogeneous solid solution with lattice distortion and an abundance of oxygen vacancies. NH 3 –TPD measurements revealed a substantial increase in acid sites with optimal Ti loading (7.5 wt%). The cooperative effect between oxygen vacancies and medium‐strength Lewis acid sites facilitated PET and methanol activation, and subsequent C–O dissociation via nucleophilic attack by methanol. Consequently, 7.5Ti–ZnO achieved a remarkable DMT formation rate of 510 mmol DMT g cat −1 h −1 . This study further underscores the potential of DMT as a versatile feedstock for the synthesis of virgin‐quality PET and other high‐value monomers, thereby enabling both closed‐loop recycling and open‐loop upcycling pathways toward a circular plastic economy.
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