de.wedoany.com-Bericht: Forscher der Universität Peking haben ein Katalyseverfahren zur Verwertung von weggeworfenen PET-Kunststoffabfällen entwickelt. Das Verfahren nutzt einen handelsüblichen Katalysator, um ohne externe Wasserstoffversorgung aus weggeworfenen Flaschen und Behältern zwei hochwertige chemische Zwischenprodukte – Milchsäure und 1,4-Cyclohexandicarbonsäure – herzustellen.
Diese innovative zweistufige Methode wurde unter dem Titel „Upgrading von PET-Kunststoff zu Milchsäure und 1,4-Cyclohexandicarbonsäure mit Methanol“ in der Fachzeitschrift Engineering veröffentlicht. Die Methode setzt nach dem Verbrauch anfallende Polyethylenterephthalat-Kunststoffe unter milden Bedingungen mit Methanol um und wandelt sie in Milchsäure und 1,4-Cyclohexandicarbonsäure um. Im Gegensatz zu herkömmlichen Recyclingverfahren, die nur eine Komponente des PET-Abfalls aufwerten, nutzt diese atomökonomische Route gleichzeitig beide Strukturfragmente des Polymers aus.
Das Forschungsteam besteht aus Zhenbo Guo, Haoyu Chen, Shuheng Tian, Meiqi Zhang, Meng Wang und Ding Ma. Das von ihnen entwickelte Verfahren zielt darauf ab, eine grundlegende Einschränkung der Kunststoffrecyclingwirtschaft zu überwinden: den maximalen Wert aus Abfallrohstoffen zu gewinnen und gleichzeitig den Energieeinsatz und die Abhängigkeit von externen Reagenzien zu minimieren.
Der Prozess beginnt mit der Depolymerisation von PET in einer Natriumhydroxid-Methanol-Lösung bei 160 °C. Dieser erste Schritt zerlegt das Polymer in seine Bestandteile: Ethylenglykol und Terephthalsäure. Das bei der Depolymerisation entstehende Ethylenglykol geht eine dehydrierende Kupplungsreaktion mit Methanol ein, wodurch Milchsäure und Wasserstoff entstehen. Gleichzeitig liefert die Dehydrierung von Methanol zusätzlichen Wasserstoff, um den stöchiometrischen Bedarf des nachfolgenden Hydrierschritts zu decken. Dieser intern erzeugte Wasserstoff wird gesammelt und wiederverwendet, um Terephthalsäure zu 1,4-Cyclohexandicarbonsäure zu hydrieren, wodurch die Abhängigkeit von externen Wasserstoffflaschen vollständig entfällt.
Die gesamte Sequenz läuft bei einer milden Temperatur von 160 °C ab, ohne dass ein Katalysatorwechsel erforderlich ist. Der handelsübliche Ru/C-Katalysator (Ruthenium auf Kohlenstoffträger) ist in beiden Reaktionsphasen wirksam. Isotopenmarkierungsexperimente mit deuteriertem Methanol und deuteriertem Ethylenglykol bestätigten, dass die Dehydrierung von Ethylenglykol sowohl zur Geschwindigkeit der Milchsäurebildung als auch zur Wasserstoffquelle wesentlich beiträgt. Die Forscher fanden außerdem heraus, dass die Anwesenheit von Ethylenglykol Nebenreaktionen im Zusammenhang mit der Methanoldehydrierung unterdrückt und so die Gesamtselektivität und Ausbeute verbessert.
Die Produktabtrennung umfasst Schritte zur Ansäuerung und Reinigung. Unter optimierten Bedingungen beträgt die isolierte Ausbeute an Milchsäure 55 % bei einer Reinheit von über 88 %; die Ausbeute an 1,4-Cyclohexandicarbonsäure beträgt 84 % bei einer Reinheit von über 99 %. Milchsäure ist ein wichtiger Baustein für biologisch abbaubare Polymilchsäure-Kunststoffe, Lebensmittelzusatzstoffe, Arzneimittel und Körperpflegeprodukte. 1,4-Cyclohexandicarbonsäure wird in der Herstellung von Hochleistungspolyestern, Beschichtungen und der Synthese von Spezialchemikalien eingesetzt. Beide Produkte haben einen höheren Marktwert als die ursprünglichen PET-Monomere und schaffen so mehrere Einnahmequellen für Recyclinganlagen.
Die Forscher validierten die Methode mit verschiedenen realen PET-Abfällen, darunter Flaschen, Lebensmittelbehälter, Fasern und gefärbte Gegenstände, und wiesen die Kompatibilität mit typischen Post-Consumer-Rohstoffen nach. Stabilitätstests zeigten, dass die Katalysatoraktivität mit wiederholten Zyklen allmählich abnahm, was auf eine leichte Agglomeration der Ruthenium-Nanopartikel und teilweise Metallauslaugung zurückzuführen ist. Die Forscher weisen darauf hin, dass der Ru/C-Katalysator kommerziell erhältlich und relativ kostengünstig ist, sodass ein regelmäßiger Austausch in einer industriellen Umgebung wirtschaftlich machbar ist.
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