Reactive Crystallization of Terephthalic Acid towards Recycling of Poly (ethylene terephthalate) (Band 51)

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Die vorliegende Arbeit behandelt Untersuchungen der reaktiven Kristallisation
von Terephthalsäure (TA) im Rahmen des Back-tot-Monomer-Recyclings,
welches eine Möglichkeit zur Überwindung der derzeitigen Limitierungen des
thermomechanischen Polyethylenterephthalat- (PET) Recyclings darstellt. Ein
Ansatz ist dabei die alkalische Hydrolyse, bei welcher PET mit Natriumhydroxid
selektiv in die Monomere Ethylenglykol und Dinatriumterephthalat
depolymerisiert wird. Anschließend wird die TA durch Säurezugabe aus ihrem
Dinatriumsalz gefällt und so zurückgewonnen.
Zur Optimierung der Fällung als Gewinnungsschritt, wurden verschiedene
Betriebsparameter hinsichtlich ihres Effekts auf Kristallgröße, Filtrierbarkeit und
Reinheit der TA analysiert. Dazu wurde zunächst ein Parameterscreening mit
Modelllösung im Batchbetrieb durchgeführt. Hierbei führten insbesondere
erhöhte Temperaturen und Essigsäureeinsatz zu größeren Kristallen und
verbesserter Filtrierbarkeit. Trotz ihrer geringeren Protonierungskapazität wurde
auch mit Essigsäure eine signifikante Ausbeute an TA erreicht. Anschließend
wurden die Untersuchungen auf depolymerisiertes PET verschiedener
Abfallfraktionen und das Aufreinigungspotential der Fällung ausgeweitet. Neben
einer Verringerung der Verfärbung bei höherer Temperatur wurde auch der
Isophthalsäuregehalt in TA Kristallen reduziert, was sich insbesondere bei
Verwendung von Essigsäure zeigte. Dies ist insbesondere relevant, da
Isophthalsäure einen entscheidenden Einfluss auf die Polymereigenschaften hat.
Im letzten Teil der Arbeit wurden die Untersuchungen in einen kontinuierlichen
Rührkessel überführt. Während der Fällung mit Schwefelsäure konnte so ein
Wachstum der TA-Kristalle einhergehend mit einer verbesserten Filtrierbarkeit
erreicht werden. Darüber hinaus induzierte eine Erhöhung des pH-Werts eine
signifikante Reduktion des Isophthalsäuregehalts. Schließlich wurde ein
Verfahrenskonzept für einen optimierten Fällungsschritt für TA, hinsichtlich
Reinheit und Rückgewinnung abgeleitet, unter Beachtung der Notwendigkeit
eines nachfolgenden Umkristallisationsschritts.