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Ein Schritt in Richtung Kreislaufwirtschaft

Polyethylenterephthalat (PET) ist einer der verbreitetesten Kunststoffe. Ausgedientes PET landet bisher meist auf M√ľlldeponien oder in der Umwelt, die Recyclingrate ist immer noch sehr niedrig. In der Zeitschrift Angewandte Chemie berichtet ein Forschungsteam jetzt von einer Zirkonium-basierten metallorganischen Ger√ľstsubstanz, die einen Abbau von PET in seine Monomere katalysiert. Diese k√∂nnen erneut zu hochwertigem PET verarbeitet werden, sodass eine Kreislaufwirtschaft aufgebaut werden k√∂nnte.

K Mag Kreislaufwirtschaft



Fast 70 Millionen Tonnen PET werden jährlich hergestellt und zu Produkten wie Fasern, Getränkeflaschen und Lebensmittelverpackungen verarbeitet. Obwohl PET eingeschmolzen und wiederverwendet werden kann, mindern die nötigen hohen Temperaturen die Qualität der Rezyklate, sodass diese Strategie auf wenige Zyklen limitiert ist.

Eine chemische Dekonstruktion des PET in seine Monomere w√ľrde Ausgangsstoffe f√ľr die erneute Herstellung qualitativ hochwertiger PET-Produkte liefern, ben√∂tigt jedoch gro√üe Mengen an L√∂sungsmitteln und Reagenzien, hohe Dr√ľcke sowie eine aufwendige Abtrennung st√∂render Nebenprodukte. Beimischungen und gef√§rbte Produkte k√∂nnen zudem Schwierigkeiten bereiten. Die Alternative w√§ren katalytische Verfahren.

Das Team um Omar K. Farha von der Northwestern University (Evanston, USA) berichtet jetzt √ľber einen Katalysator, der PET-Abf√§lle bei 260¬įC in Ausbeuten bis zu 98 Prozent in die Bausteine Terephthals√§ure (TA) und Monomethylterephthalat (MMT) spaltet. Der Katalysator geh√∂rt zur Klasse der Metall-organischen Ger√ľste (Metal-Organic Frameworks, MOFs), hochgeordneten, por√∂sen Strukturen aus Metallen als Knotenpunkten und organischen Molek√ľlen als Br√ľcken. Die Wahl fiel auf UiO-66, ein bekanntes, auch im technischen Ma√üstab leicht herstellbares Zirkonium-basiertes MOF (Zr-MOF). UiO-66 enth√§lt Knotenpunkte aus Clustern mit sechs Zirkoniumatomen, die √ľber sechs Terephthals√§ure-Molek√ľle verbr√ľckt sind.

Ausgiebige Strukturanalysen ergaben, dass UiO-66 w√§hrend des PET-Abbaus erstaunlicherweise in ein andere Form gleicher Zusammensetzung umgewandelt wird: MIL-140A, ein Ger√ľst aus siebenfach koordinierten Zirkoniumoxid-Ketten, die √ľber Terephthals√§ure-Br√ľcken mit je sechs anderen Ketten verbunden sind. Die katalytische Aktivit√§t nimmt durch die Umwandlung nur geringf√ľgig ab.

Detaillierte mechanistische Studien sprechen f√ľr eine ő≤-Spaltung als haupts√§chlichem Weg f√ľr die PET-Dekonstruktion, eine Reaktion, die auch bei der Thermolyse eine wichtige Rolle spielt, in Anwesenheit des Katalysators aber bereits bei deutlich niedrigeren Temperaturen l√§uft. In Anwesenheit von Wasserstoff findet zus√§tzlich eine Hydrogenolyse statt. Weder die Zumischung von Polyethylen oder Polypropylen noch eine Einf√§rbung des PET st√∂rten den Abbauprozess.

Die Ergebnisse verdeutlichen das Potenzial etablierter MOFs als neuer Klasse Polymer-abbauender Katalysatoren, lang bestehende Herausforderungen im Zusammenhang mit Kunststoffabfällen zu meistern.


Quelle: Northwestern University

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