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Sep 21, 2023

Un nuovo catalizzatore aiuta a trasformare in noi i rifiuti di plastica

Supported gold nanoparticle catalyst can upcycle polyester

Il catalizzatore di nanoparticelle d'oro supportato può riciclare poliestere e biomassa

Università Metropolitana di Tokio

immagine: Eteri ed esteri vengono fatti reagire con un disilano in presenza di un catalizzatore ibrido costituito da nanoparticelle d'oro montate su un substrato di ossido di zirconio. La presenza delle nanoparticelle d'oro e dei siti sia acidi che basici sul supporto aiuta a convertire i gruppi eteri ed esteri in gruppi silani.vedere di più

Credito: Università metropolitana di Tokyo

Tokyo, Giappone – I ricercatori della Tokyo Metropolitan University hanno scoperto che le nanoparticelle d’oro supportate su una superficie di ossido di zirconio aiutano a trasformare materiali di scarto come biomassa e poliestere in composti organosilanici, sostanze chimiche preziose utilizzate in un’ampia gamma di applicazioni. Il nuovo protocollo sfrutta la cooperazione tra le nanoparticelle d’oro e la natura anfotera (sia acida che basica) del supporto di ossido di zirconio. Il risultato è una reazione che richiede condizioni meno impegnative, un metodo più ecologico per il riciclo dei rifiuti.

Il riciclaggio è una parte importante della soluzione dell’umanità al problema globale dei rifiuti di plastica. Si tratta in gran parte della trasformazione dei rifiuti di plastica in prodotti di plastica. Tuttavia, gli scienziati hanno anche esplorato approcci alternativi per incoraggiare l’uso dei materiali di scarto come risorsa. Ciò include l’upcycling, la conversione di materiali di scarto in composti e prodotti completamente nuovi che possono essere più preziosi dei materiali utilizzati per realizzarli.

Un team di ricercatori della Tokyo Metropolitan University guidato dal professore associato Hiroki Miura ha lavorato sulla conversione della plastica e della biomassa in organosilani, molecole organiche con un atomo di silicio attaccato per formare un legame carbonio-silicio. Gli organosilani sono materiali preziosi nei rivestimenti e negli intermedi ad alte prestazioni nella produzione di prodotti farmaceutici e agrochimici. Tuttavia, l'aggiunta dell'atomo di silicio spesso coinvolge reagenti sensibili all'aria, all'umidità e che richiedono temperature elevate, per non parlare di condizioni fortemente acide o basiche. Ciò rende potenzialmente il processo di conversione stesso un onere ambientale.

Ora, il team ha applicato un materiale catalizzatore ibrido costituito da nanoparticelle d’oro supportate su un supporto di ossido di zirconio. Il catalizzatore prende gruppi etere ed estere, entrambi abbondanti nella plastica come il poliestere e nei composti della biomassa come la cellulosa, e li aiuta a reagire con un composto contenente silicio noto come disilano. Sotto un lieve riscaldamento in soluzione, hanno creato con successo gruppi organosilanici dove si trovava il gruppo estere o etere. Attraverso studi dettagliati del meccanismo, il team ha scoperto che la cooperazione tra le nanoparticelle d'oro e la natura anfotera (sia basica che acida) del supporto era responsabile della conversione efficace e ad alto rendimento della materia prima in condizioni blande.

Dato che lo smaltimento dei rifiuti di plastica spesso richiede combustione o condizioni fortemente acide/basiche, il processo stesso fornisce già un percorso semplice per decomporre i poliesteri in condizioni molto meno impegnative. Tuttavia, il punto chiave qui è che i prodotti della reazione sono essi stessi composti preziosi, pronti per nuove applicazioni. Il team spera che questo nuovo percorso verso la produzione di organosilano faccia parte del nostro percorso verso un futuro a zero emissioni di carbonio, in cui la plastica non si fa strada nell’ambiente, ma in prodotti più utili per la società.

Questo lavoro è stato sostenuto dal Programma per l'Element Strategy Initiative for Catalysts and Batteries (ESICB) (Numero di sovvenzione JPMXP0112101003), dal Programma JST FOREST (Numero di sovvenzione JPMJFR203V), Sovvenzioni in aiuti per la ricerca scientifica (B) (Numero di sovvenzione 21H01719) , Ricerca sfidante (esplorativa) (concessione numero 22K18927) e Ricerca scientifica su aree innovative (concessione 17H06443) commissionata da MEXT, Giappone.

Giornale dell'American Chemical Society

10.1021/jacks.2c12311

Diversi accoppiamenti incrociati alchil-sililici tramite omolisi di legami C(sp3)–O non attivati ​​con la cooperazione di nanoparticelle d'oro e ossidi di zirconio anfoteri