金納米粒子催化劑有助於將塑料廢料轉化為有用的化合物
科學家們發現,支持在氧化鋯表面的金納米粒子可以將生物質和聚酯等廢料變成有機矽烷化合物,這是用於各種應用的寶貴化學品。這是一種更環保、要求更低的廢物升級改造方法,利用了金納米粒子和氧化鋯支持物的兩性性質之間的合作。
金納米粒子催化劑可以回收聚酯和生物質
來自東京都立大學的研究人員發現,支持在氧化鋯表面的金納米粒子有助於將像生物質和聚酯這樣的廢料變成有機矽烷化合物,這是用於廣泛用途的寶貴化學品。新方案利用了金納米粒子和氧化鋯支持物的兩性(酸和鹼)性質之間的合作。其結果是一個需要較少條件的反應,以及一個更環保的廢物升級回收方法。
循環利用是人類解決全球塑料垃圾問題的一個重要部分。它的大部分內容是將塑料垃圾變成塑料產品。然而,科學家們也一直在探索其他方法,以鼓勵將廢物材料作為一種資源使用。這包括升級再造,將廢料轉化為全新的化合物和產品,這些化合物和產品可能比用來製造它們的材料更有價值。
醚和酯在由安裝在氧化鋯基底上的金納米粒子組成的混合催化劑存在下與二矽烷反應。金納米粒子的存在以及支持物上的酸性和鹼性位點有助於將醚和酯基轉化為矽烷基。資料來源:東京都立大學
由三浦宏樹副教授領導的東京都大學的一個研究小組一直致力於將塑料和生物質轉化為有機矽烷,有機矽烷是連接有矽原子的有機分子,形成碳矽鍵。有機矽烷是高性能塗料的寶貴材料,也是生產藥品和農用化學品的中間體。然而,矽原子的添加往往涉及對空氣和水分敏感的試劑,需要高溫,更不用說苛刻的酸性或鹼性條件可能使轉換過程本身成為環境負擔。
現在,該團隊已經應用了一種混合催化劑材料,由支持在氧化鋯載體上的金納米粒子組成。該催化劑採用醚基和酯基,這兩種基團在聚酯等塑料和纖維素等生物質化合物中都很豐富,並幫助它們與一種被稱為二矽烷的含矽化合物發生反應。在溶液中溫和加熱的情況下,他們成功地在酯或醚基所在的地方創建了有機矽烷基團。通過對機制的詳細研究,該團隊發現,金納米粒子和支持物的兩性(包括鹼性和酸性)性質之間的合作是在溫和條件下有效、高產地轉換原材料的原因。
鑑於塑料垃圾處理通常需要燃燒或苛刻的酸性/鹼性條件,該工藝本身已經提供了一條在要求低得多的條件下分解聚酯的簡便途徑。然而,這裡的關鍵點是,反應的產物本身是有價值的化合物,可以用於新的應用。該團隊希望,這條生產有機矽烷的新路線構成了我們通往碳中和未來的途徑的一部分,在那裡,塑料不會進入環境,而是成為社會中更有用的產品。