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Sep 21, 2023

Neuer Katalysator hilft, Plastikmüll in uns zu verwandeln

Trägerkatalysatoren aus Goldnanopartikeln können Polyester recyceln

Ein getragener Gold-Nanopartikel-Katalysator kann Polyester und Biomasse recyceln

Tokyo Metropolitan University

Bild: Ether und Ester werden mit einem Disilan in Gegenwart eines Hybridkatalysators umgesetzt, der aus Goldnanopartikeln besteht, die auf einem Zirkonoxidsubstrat montiert sind. Das Vorhandensein der Goldnanopartikel und sowohl saurer als auch basischer Stellen auf dem Träger hilft bei der Umwandlung der Ether- und Estergruppen in Silangruppen.mehr sehen

Bildnachweis: Tokyo Metropolitan University

Tokio, Japan – Forscher der Tokyo Metropolitan University haben herausgefunden, dass Goldnanopartikel auf einer Zirkoniumoxidoberfläche dabei helfen, Abfallstoffe wie Biomasse und Polyester in Organosilanverbindungen umzuwandeln, wertvolle Chemikalien, die in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden. Das neue Protokoll nutzt die Zusammenarbeit zwischen Goldnanopartikeln und der amphoteren Natur (sowohl Säure als auch Base) des Zirkoniumoxidträgers. Das Ergebnis ist eine Reaktion, die weniger anspruchsvolle Bedingungen erfordert, eine umweltfreundlichere Methode zum Upcycling von Abfällen.

Recycling ist ein großer Teil der Lösung der Menschheit für das globale Problem des Plastikmülls. Vieles davon dreht sich darum, Plastikmüll in Plastikprodukte umzuwandeln. Wissenschaftler haben jedoch auch alternative Ansätze untersucht, um die Nutzung von Abfallstoffen als Ressource zu fördern. Dazu gehört Upcycling, die Umwandlung von Abfallstoffen in völlig neue Verbindungen und Produkte, die wertvoller sein können als die zu ihrer Herstellung verwendeten Materialien.

Ein Forscherteam der Tokyo Metropolitan University unter der Leitung von außerordentlichem Professor Hiroki Miura hat an der Umwandlung von Kunststoff und Biomasse in Organosilane gearbeitet, organische Moleküle, an die ein Siliziumatom gebunden ist, um eine Kohlenstoff-Silizium-Bindung zu bilden. Organosilane sind wertvolle Materialien in Hochleistungsbeschichtungen und Zwischenprodukten bei der Herstellung von Pharmazeutika und Agrochemikalien. Bei der Zugabe des Siliziumatoms sind jedoch häufig Reagenzien erforderlich, die empfindlich gegenüber Luft und Feuchtigkeit sind und hohe Temperaturen erfordern, ganz zu schweigen von stark sauren oder basischen Bedingungen. Dies macht den Umwandlungsprozess selbst möglicherweise zu einer Belastung für die Umwelt.

Jetzt hat das Team ein Hybridkatalysatormaterial angewendet, das aus Goldnanopartikeln besteht, die auf einem Zirkoniumoxidträger getragen werden. Der Katalysator nimmt Ether- und Estergruppen auf, die beide in Kunststoffen wie Polyester und Biomasseverbindungen wie Cellulose reichlich vorhanden sind, und hilft ihnen, mit einer siliziumhaltigen Verbindung, einem sogenannten Disilan, zu reagieren. Durch leichtes Erhitzen in Lösung gelang es ihnen, an der Stelle, an der sich die Ester- oder Ethergruppe befand, Organosilangruppen zu erzeugen. Durch detaillierte Untersuchungen des Mechanismus stellte das Team fest, dass die Zusammenarbeit zwischen den Goldnanopartikeln und der amphoteren (sowohl basischen als auch sauren) Beschaffenheit des Trägers für die effektive Umwandlung des Rohmaterials mit hoher Ausbeute unter milden Bedingungen verantwortlich war.

Angesichts der Tatsache, dass die Entsorgung von Kunststoffabfällen oft eine Verbrennung oder stark saure/basische Bedingungen erfordert, bietet das Verfahren selbst bereits einen einfachen Weg, Polyester unter viel weniger anspruchsvollen Bedingungen zu zersetzen. Der entscheidende Punkt hierbei ist jedoch, dass die Reaktionsprodukte selbst wertvolle Verbindungen sind, die für neue Anwendungen bereit sind. Das Team hofft, dass dieser neue Weg zur Organosilanproduktion Teil unseres Weges in eine klimaneutrale Zukunft ist, in der Kunststoffe nicht in die Umwelt, sondern in nützlichere Produkte für die Gesellschaft gelangen.

Diese Arbeit wurde vom Program for Element Strategy Initiative for Catalysts and Batteries (ESICB) (Grant-Nummer JPMXP0112101003), dem JST FOREST Program (Grant-Nummer JPMJFR203V) und Grants-in-Aid for Scientific Research (B) (Grant-Nummer 21H01719) unterstützt. , Anspruchsvolle Forschung (exploratorisch) (Grant-Nummer 22K18927) und wissenschaftliche Forschung zu innovativen Bereichen (Grant 17H06443), im Auftrag von MEXT, Japan.

Zeitschrift der American Chemical Society

10.1021/Buchsen.2c12311

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