Forscher der Tokyo Metropolitan University haben ein neues chemisches Verfahren entwickelt, das Polyester, einschließlich PET in Plastikflaschen, zu Morpholinamid aufbereitet, einem vielseitigen und wertvollen Baustein für die Synthese einer Vielzahl von Verbindungen. Die Reaktion liefert eine hohe Ausbeute, ist abfallfrei, erfordert keine schädlichen Chemikalien und ist leicht skalierbar. Dem Team ist es gelungen, den oft kostspieligen, geschlossenen Recyclingkreislauf von Kunststoffabfällen zu durchbrechen und so ein Upcycling zu wertvolleren Produkten zu ermöglichen.
Recycling ist ein unverzichtbarer Bestandteil unseres Kampfes gegen Plastikmüll. Aber zu welchen Kosten? Das Recycling von Polyestern, beispielsweise Polyethylenterephthalat (PET) in Plastikflaschen, erfordert häufig Strom, um die erforderlichen chemischen Reaktionen heiß genug zu machen, oder stark alkalische Bedingungen, die zu chemischen Abfällen führen. Am Ende erhalten wir Zwischenprodukte, aus denen die gleichen Produkte hergestellt werden, aus denen sie entstanden sind. Dies kann nicht nur verschwenderisch sein, sondern auch wirtschaftlich unrentabel sein.
Hier kommt Upcycling ins Spiel. Wissenschaftler arbeiten daran, diesen geschlossenen Kreislauf zu durchbrechen und aus Kunststoffabfällen Verbindungen herzustellen, die für die Gesellschaft wertvoller und nützlicher sind. Ein Open-Loop-System wie dieses ist ein wesentlicher Bestandteil praktischer Strategien, die uns beim Übergang zu einer grüneren Gesellschaft helfen sollen.
Jetzt hat ein Team unter der Leitung von Associate Professor Yohei Ogiwara und Professor Kotohiro Nomura von der Tokyo Metropolitan University eine praktisch abfallfreie Methode zur Umwandlung von Polyestern in einen vielseitigen Baustein entwickelt, der in eine Vielzahl wertvoller chemischer Verbindungen umgewandelt werden kann. Ihre Arbeit wurde veröffentlicht in ACS Organisches und anorganisches Au.
Sie verwendeten ein billiges Lösungsmittel namens Morpholin und eine kleine Menge eines Katalysators auf Titanbasis, um Polyester in Morpholinamide umzuwandeln. Sie können nicht nur in Zwischenverbindungen umgewandelt werden, um mehr Polyester herzustellen (Recycling), sondern sie können auch leicht zu Ketonen, Aldehyden und Aminen umgesetzt werden, alles wichtige Chemikaliengruppen, die zur Herstellung einer Vielzahl anderer Stoffe verwendet werden wertvolle Verbindungen (Upcycling).
Das neue Verfahren erfordert keine teuren Reagenzien oder rauen Bedingungen und ist praktisch frei von chemischen Abfällen. Die Ausbeute ist sehr hoch und nicht umgesetztes Lösungsmittel kann leicht gesammelt werden. Sie fanden außerdem heraus, dass nur eine kleine Menge Katalysator erforderlich war, um die Reaktion mit einer angemessenen Geschwindigkeit voranzutreiben, während zur Abtrennung des Produkts lediglich eine einfache Filtration erforderlich war.
Ein wichtiger Punkt, den das Team hervorhebt, ist, dass die Hauptreaktion bei Normaldruck abläuft, was bedeutet, dass keine speziellen Reaktionsgefäße oder -geräte erforderlich sind. Dadurch ist die Reaktion auch im Labor leicht skalierbar. Das Team demonstrierte dies, indem es 50 g PET-Material aus einer echten PET-Getränkeflasche nahm und es mit Morpholin umsetzte, wodurch mehr als 70 Gramm Morpholinamid erhalten wurden, was einer Ausbeute von 90 % entspricht.
Da das globale Plastikmüllproblem immer akuter wird, sind mutige neue Strategien erforderlich, um Kunststoffe zu verarbeiten und in der Gesellschaft wiederzuverwenden. Als kostengünstige, abfallfreie Upcycling-Option könnte die Arbeit des Teams schon bald Anwendung finden, um Polyesterabfälle in Spezialchemikalien umzuwandeln.
Mehr Informationen:
Yohei Ogiwara et al., Chemisches Upcycling von PET zu einem Morpholinamid als vielseitigem Synthesebaustein, ACS Organisches und anorganisches Au (2023). DOI: 10.1021/acsorginorgau.3c00037