Катализатор наночастиц золота помогает превратить пластиковые отходы в полезные соединения

Автор: Токийский столичный университет, 20 марта 2023 г.

Ученые обнаружили, что наночастицы золота, нанесенные на поверхность оксида циркония, могут превращать отходы, такие как биомасса и полиэстер, в органосилановые соединения, которые являются ценными химическими веществами, используемыми в различных областях. Протокол представляет собой более экологичный и менее требовательный метод переработки отходов, использующий взаимодействие между наночастицами золота и амфотерной природой носителя из оксида циркония.

Катализатор на основе наночастиц золота позволяет перерабатывать полиэстер и биомассу.

Researchers from Tokyo Metropolitan University have found that gold nanoparticles supported on a zirconium oxide surface help turn waste materials like biomass and polyester into organosilane compounds, valuable chemicals used in a wide range of applications. The new protocol leverages the cooperation between gold nanoparticles and the amphoteric (both acidAny substance that when dissolved in water, gives a pH less than 7.0, or donates a hydrogen ion." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> кислотная и основная) природа носителя из оксида циркония. Результатом является реакция, которая требует менее жестких условий и более экологичного метода переработки отходов.

Переработка является важной частью решения человечеством глобальной проблемы пластиковых отходов. Во многом речь идет о переработке пластиковых отходов в пластиковые изделия. Однако ученые также изучают альтернативные подходы, позволяющие стимулировать использование отходов в качестве ресурса. Это включает в себя переработку отходов, преобразование отходов в совершенно новые соединения и продукты, которые могут быть более ценными, чем материалы, использованные для их изготовления.

Простые и сложные эфиры реагируют с дисиланом в присутствии гибридного катализатора, состоящего из наночастиц золота, закрепленных на подложке из оксида циркония. Присутствие наночастиц золота, а также кислотных и основных участков на носителе помогает превращать простые и сложноэфирные группы в силановые группы. Фото: Токийский столичный университет.

A team of researchers from Tokyo Metropolitan University led by Associate Professor Hiroki Miura has been working on the conversion of plastic and biomass to organosilanes, organic molecules with a silicon atomAn atom is the smallest component of an element. It is made up of protons and neutrons within the nucleus, and electrons circling the nucleus." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> Атом присоединяется, образуя связь углерод-кремний. Органосиланы являются ценными материалами для высокоэффективных покрытий и промежуточных продуктов в производстве фармацевтических препаратов и агрохимикатов. Однако при добавлении атома кремния часто используются реагенты, чувствительные к воздуху и влаге и требующие высоких температур, не говоря уже о резко кислых или щелочных условиях. Это потенциально делает сам процесс конверсии экологическим бременем.

Теперь команда применила гибридный каталитический материал, состоящий из наночастиц золота, нанесенных на подложку из оксида циркония. Катализатор принимает эфирные и сложноэфирные группы, которые присутствуют в изобилии в пластиках, таких как полиэфир, и в соединениях биомассы, таких как целлюлоза, и помогает им реагировать с кремнийсодержащим соединением, известным как дисилан. При слабом нагревании в растворе они успешно создали органосилановые группы там, где располагалась сложноэфирная или эфирная группа. Благодаря детальному изучению механизма команда обнаружила, что взаимодействие между наночастицами золота и амфотерной (как основной, так и кислотной) природой носителя отвечает за эффективное и высокопроизводительное преобразование сырья в мягких условиях.

Учитывая, что утилизация пластиковых отходов часто требует сжигания или жесткой кислотной/щелочной среды, сам процесс уже обеспечивает простой путь разложения полиэфиров в гораздо менее жестких условиях. Однако ключевым моментом здесь является то, что продукты реакции сами по себе являются ценными соединениями, готовыми к новым применениям. Команда надеется, что этот новый путь к производству органосиланов станет частью нашего пути к углеродно-нейтральному будущему, в котором пластмассы не попадут в окружающую среду, а станут более полезными продуктами для общества.