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

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.