Каталізатор із наночастинок золота допомагає перетворювати пластикові відходи на корисні сполуки

Дослідники з Токійського столичного університету виявили, що наночастинки золота, нанесені на поверхню оксиду цирконію, допомагають перетворювати відходи, такі як біомаса та поліестер, на органосиланові сполуки, цінні хімічні речовини, які використовуються в широкому діапазоні застосувань. Новий протокол використовує взаємодію між наночастинками золота та амфотерною (як кислотною, так і основною) природою підкладки з оксиду цирконію. Результатом є реакція, яка вимагає менш вимогливих умов і більш екологічного методу перероблювання відходів.

Перероблення є великою частиною вирішення людством глобальної проблеми пластикових відходів. Багато в чому йдеться про перетворення пластикових відходів на пластикові вироби. Проте вчені також досліджують альтернативні підходи до заохочення використання відходів як ресурсу. Це включає перероблення, перетворення відходів у абсолютно нові сполуки та продукти, які можуть бути більш цінні, ніж матеріали, використані для їх виготовлення.

Прості та складні ефіри взаємодіють з дисіланом у присутності гібридного каталізатора, що складається з наночастинок золота, закріплених на підкладці з оксиду цирконію. Присутність наночастинок золота, а також кислотних і основних центрів на носії допомагає перетворити групи простих і складних ефірів на групи силану

Команда дослідників з Токійського столичного університету на чолі з доцентом Хірокі Міурою працювала над перетворенням пластику та біомаси на органосилани, органічні молекули з атомом кремнію, приєднаним для утворення зв’язку вуглець-кремній. Органосилани є цінними матеріалами для високоефективних покриттів і проміжних продуктів у виробництві фармацевтичних препаратів і агрохімікатів. Однак додавання атома кремнію часто включає реагенти, які чутливі до повітря та вологи та вимагають високих температур, не кажучи вже про жорсткі кислотні чи основні умови. Це потенційно робить сам процес перетворення екологічним тягарем.

Тепер команда застосувала гібридний каталізатор, що складається з наночастинок золота, нанесених на основу з оксиду цирконію. Каталізатор приймає ефірні та складноефірні групи, які містяться в пластмасах, таких як поліестер, і сполуках біомаси, таких як целюлоза, і допомагає їм реагувати з кремнійвмісною сполукою, відомою як дисилан. При помірному нагріванні в розчині вони успішно створили органосиланові групи там, де розташована складно- або простоефірна група. Завдяки детальному вивченню механізму команда виявила, що взаємодія між наночастинками золота та амфотерною (як основною, так і кислотною) природою основи відповідальна за ефективне, високопродуктивне перетворення сировини в м’яких умовах.

З огляду на те, що для утилізації пластикових відходів часто потрібне спалювання або різкі кислотні/лужні умови, сам процес уже забезпечує простий шлях розкладання поліефірів у набагато менш вимогливих умовах. Однак ключовим моментом тут є те, що продукти реакції самі по собі є цінними сполуками, готовими до нових застосувань. Команда сподівається, що цей новий шлях до виробництва органосилану є частиною нашого шляху до вуглецево-нейтрального майбутнього, де пластик потраплятиме не в навколишнє середовище, а в більш корисні товари для суспільства.