Selective Upcycling of Polyethylene Terephthalate towards High‐valued Oxygenated Chemical Methyl p‐Methyl Benzoate using a Cu/ZrO2 Catalyst

催化作用 选择性 聚对苯二甲酸乙二醇酯 单斜晶系 吸附 解吸 材料科学 化学 化学工程 分子 无机化学 有机化学 工程类 复合材料
作者
Jianian Cheng,Jian‐Wei Xie,Yongjie Xi,Xiaojing Wu,Ruihui Zhang,Z. Mao,Hongfang Yang,Zelong Li,Can Li
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (11)
标识
DOI:10.1002/anie.202319896
摘要

Upgrading of polyethylene terephthalate (PET) waste into valuable oxygenated molecules is a fascinating process, yet it remains challenging. Herein, we developed a two-step strategy involving methanolysis of PET to dimethyl terephthalate (DMT), followed by hydrogenation of DMT to produce the high-valued chemical methyl p-methyl benzoate (MMB) using a fixed-bed reactor and a Cu/ZrO2 catalyst. Interestingly, we discovered the phase structure of ZrO2 significantly regulates the selectivity of products. Cu supported on monoclinic ZrO2 (5 %Cu/m-ZrO2 ) exhibits an exceptional selectivity of 86 % for conversion of DMT to MMB, while Cu supported on tetragonal ZrO2 (5 %Cu/t-ZrO2 ) predominantly produces p-xylene (PX) with selectivity of 75 %. The superior selectivity of MMB over Cu/m-ZrO2 can be attributed to the weaker acid sites present on m-ZrO2 compared to t-ZrO2 . This weak acidity of m-ZrO2 leads to a moderate adsorption capability of MMB, and facilitating its desorption. Furthermore, DFT calculations reveal Cu/m-ZrO2 catalyst shows a higher effective energy barrier for cleavage of second C-O bond compared to Cu/t-ZrO2 catalyst; this distinction ensures the high selectivity of MMB. This catalyst not only presents an approach for upgrading of PET waste into fine chemicals but also offers a strategy for controlling the primary product in a multistep hydrogenation reaction.
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