Il catalizzatore di nanoparticelle d'oro aiuta a trasformare i rifiuti di plastica in composti utili

Di Tokyo Metropolitan University, 20 marzo 2023

Gli scienziati hanno scoperto che le nanoparticelle d'oro supportate su una superficie di ossido di zirconio possono trasformare materiali di scarto come biomassa e poliestere in composti organosilanici, che sono sostanze chimiche preziose utilizzate in varie applicazioni. Il protocollo è un metodo più ecologico e meno impegnativo per il riciclo dei rifiuti, sfruttando la cooperazione tra le nanoparticelle d’oro e la natura anfotera del supporto di ossido di zirconio.

Il catalizzatore di nanoparticelle d'oro supportato può riciclare poliestere e biomassa.

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"}]"> natura acida e basica) del supporto in ossido di zirconio. Il risultato è una reazione che richiede condizioni meno impegnative e un metodo più ecologico per il riciclo dei rifiuti.

Il riciclaggio è una parte importante della soluzione dell’umanità al problema globale dei rifiuti di plastica. Si tratta in gran parte della trasformazione dei rifiuti di plastica in prodotti di plastica. Tuttavia, gli scienziati hanno anche esplorato approcci alternativi per incoraggiare l’uso dei materiali di scarto come risorsa. Ciò include l’upcycling, la conversione di materiali di scarto in composti e prodotti completamente nuovi che possono essere più preziosi dei materiali utilizzati per realizzarli.

Eteri ed esteri vengono fatti reagire con un disilano in presenza di un catalizzatore ibrido costituito da nanoparticelle d'oro montate su un substrato di ossido di zirconio. La presenza delle nanoparticelle d'oro e dei siti sia acidi che basici sul supporto aiuta a convertire i gruppi eteri ed esteri in gruppi silani. Credito: Università metropolitana di Tokyo

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"}]"> atomo attaccato per formare un legame carbonio-silicio. Gli organosilani sono materiali preziosi nei rivestimenti e negli intermedi ad alte prestazioni nella produzione di prodotti farmaceutici e agrochimici. Tuttavia, l’aggiunta dell’atomo di silicio spesso coinvolge reagenti sensibili all’aria e all’umidità e richiedono temperature elevate, per non parlare di condizioni fortemente acide o basiche. Ciò rende potenzialmente il processo di conversione stesso un onere ambientale.

Ora, il team ha applicato un materiale catalizzatore ibrido costituito da nanoparticelle d’oro supportate su un supporto di ossido di zirconio. Il catalizzatore prende gruppi etere ed estere, entrambi abbondanti nella plastica come il poliestere e nei composti della biomassa come la cellulosa, e li aiuta a reagire con un composto contenente silicio noto come disilano. Sotto un lieve riscaldamento in soluzione, hanno creato con successo gruppi organosilanici dove si trovava il gruppo estere o etere. Attraverso studi dettagliati del meccanismo, il team ha scoperto che la cooperazione tra le nanoparticelle d'oro e la natura anfotera (sia basica che acida) del supporto era responsabile della conversione efficace e ad alto rendimento della materia prima in condizioni blande.

Dato che lo smaltimento dei rifiuti di plastica spesso richiede combustione o condizioni fortemente acide/basiche, il processo stesso fornisce già un percorso semplice per decomporre i poliesteri in condizioni molto meno impegnative. Tuttavia, il punto chiave qui è che i prodotti della reazione sono essi stessi composti preziosi, pronti per nuove applicazioni. Il team spera che questo nuovo percorso verso la produzione di organosilano faccia parte del nostro percorso verso un futuro a zero emissioni di carbonio, in cui la plastica non si fa strada nell’ambiente, ma in prodotti più utili per la società.