Zirkonium-basierte metallorganische Gerüstsubstanz

Ein Schritt in Richtung Kreislaufwirtschaft?

Publiziert

Katalytische Dekonstruktion von PET durch Zirkonium-Metallorganisches Gerüst.

Polyethylenterephthalat (PET) ist einer der verbreitetesten Kunststoffe. Ausgedientes PET landet bisher meist auf Mülldeponien 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 Gerüstsubstanz, die einen Abbau von PET in seine Monomere katalysiert. Diese können erneut zu hochwertigem PET verarbeitet werden, sodass eine Kreislaufwirtschaft aufgebaut werden könnte.

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 würde Ausgangsstoffe für die erneute Herstellung qualitativ hochwertiger PET-Produkte liefern, benötigt jedoch grosse Mengen an Lösungsmitteln und Reagenzien, hohe Drücke sowie eine aufwendige Abtrennung störender Nebenprodukte. Beimischungen und gefärbte Produkte können zudem Schwierigkeiten bereiten. Die Alternative wären katalytische Verfahren.

Das Team um Omar K. Farha von der Northwestern University (Evanston, USA) berichtet jetzt über einen Katalysator, der PET-Abfälle bei 260°C in Ausbeuten bis zu 98% in die Bausteine Terephthalsäure (TA) und Monomethylterephthalat (MMT) spaltet. Der Katalysator gehört zur Klasse der Metall-organischen Gerüste (Metal-Organic Frameworks, MOFs), hochgeordneten, porösen Strukturen aus Metallen als Knotenpunkten und organischen Molekülen als Brücken. Die Wahl fiel auf UiO-66, ein bekanntes, auch im technischen Massstab leicht herstellbares Zirkonium-basiertes MOF (Zr-MOF). UiO-66 enthält Knotenpunkte aus Clustern mit sechs Zirkoniumatomen, die über sechs Terephthalsäure-Moleküle verbrückt sind.

Ausgiebige Strukturanalysen ergaben, dass UiO-66 während des PET-Abbaus erstaunlicherweise in ein andere Form gleicher Zusammensetzung umgewandelt wird: MIL-140A, ein Gerüst aus siebenfach koordinierten Zirkoniumoxid-Ketten, die über Terephthalsäure-Brücken mit je sechs anderen Ketten verbunden sind. Die katalytische Aktivität nimmt durch die Umwandlung nur geringfügig ab.

Detaillierte mechanistische Studien sprechen für eine β-Spaltung als hauptsächlichem Weg für die PET-Dekonstruktion, eine Reaktion, die auch bei der Thermolyse eine wichtige Rolle spielt, in Anwesenheit des Katalysators aber bereits bei deutlich niedrigeren Temperaturen läuft. In Anwesenheit von Wasserstoff findet zusätzlich eine Hydrogenolyse statt. Weder die Zumischung von Polyethylen oder Polypropylen noch eine Einfärbung des PET störten den Abbauprozess.

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

Literatur

  • Yufang Wu et al.; Catalytic Degradation of Polyethylene Terephthalate Using a Phase-Transitional Zirconium-Based Metal–Organic Framework; Angewandte Chemie International Edition; 2022

EVENTS

Filtech

Internationale Fachmesse für Filter- und Trenntechnologie

Datum: 14.-16. Februar 2023

Ort: Köln (D)

Vivaness

Internationale Fachmesse für Naturkosmetik

Datum: 14.-17. Februar 2023

Ort: Nürnberg (D)

Global Industrie

Midest - smart Industries - Industrie - Tolexpo - die weltweit grössten Fachmessen für die Industriezulieferwirtschaft

Datum: 07.-10. März 2023

Ort: Lyon (F)

ZHAW-IFM Day

Der IFM-Day der ZHAW findet als Begegnungstag für FM-Ausbildung und FM-Praxis statt.

Datum: 10. März 2023

Ort: Wädenswil (CH)

Hannover Messe

TRANSFORMING INDUSTRY TOGETHER

Datum: 17.-21. April 2023

Ort: Hannover (D)

LogiMat

Internationale Fachmesse für Intralogistik

Datum: 25.-27. April 2023

Ort: Stuttgart (D)

interpack

Führende Messe für Prozesse und Verpackung

Datum: 04.-10. Mai 2023

Ort: Düsseldorf (D)

SENSOR + TEST

Internationale Fachmesse für Sensorik, Mess- und Prüftechnik

Datum: 09.-11. Mai 2023

Ort: Nürnberg (D)

LABVOLUTION

Als europäische Fachmesse für innovative Laborausstattung und die Optimierung von Labor-Workflows bildet die LABVOLUTION das gesamte Spektrum der Laborwelt ab und zeigt neue Wege für Anwenderbranchen auf.

Datum: 09.-11. Mai 2023

Ort: Messegelände Hannover (D)

EPHJ-EPMT-SMT

Interationale Ausstellung für Uhrenindustrie, Mikrotechnologie und Medizinaltechnik

Datum: 06.-09. Juni 2023

Ort: Palexpo Genf (CH)

Automatica

Leitmesse für intelligente Automation und Robotik

Datum: 27.-30. Juni 2023

Ort: München (D)

LASER World of PHOTONICS

Weltleitmesse für Komponenten, Systeme und Anwendungen der Photonik

Datum: 27.-30. Juni 2023

Ort: München (D)

Additive Manufacturing Forum

Die Entscheider- und Expertenkonferenz bringt das gesamte Wertschöpfungssystem rund um die additive Fertigung zusammen.

Datum: 04.-05. Juli 2023

Ort: Berlin (D)

SINDEX

Schweizer Messe für industrielle Automatisierung

Datum: 05.-07. September 2023

Ort: Bern (CH)

Rehacare

Die REHACARE ist die internationale Fachmesse für Rehabilitation, Prävention, Inklusion und Pflege.

Datum: 13.-16. September 2023

Ort: Düsseldorf (D)

W3+ Fair Rheintal

Europas führende Plattform für Hightech-Innovationen

Datum: 20. -21. September 2023

Ort: Dornbirn (A)

Ilmac

Fachmesse für Prozess- und Labortechnologie

Datum: 26.-28. September 2023

Ort: Basel (CH)

POWTECH

Pharma.Manufacturing.Excellence

Datum: 26.-28. September 2023

Ort: Nürnberg (D)

A + A

Internationale Fachmesse für Persönlichen Schutz, Betriebliche Sicherheit und Gesundheit bei der Arbeit.

Datum: 24.-27. Oktober 2023

Ort: Düsseldorf (D)

AQUA Suisse

Die Schweizer Fachmesse für Wasser, Abwasser und Gas

Datum: 25.-26. Oktober 2023

Ort: Zürich (CH)

maintenance Schweiz

Schweizer Fachmesse für industrielle Instandhaltung und Facility Management

Datum: 25.-26. Oktober 2023

Ort: Zürich (CH)

Pumps & Valves

Fachmesse für Pumpen- und Ventiltechnik

Datum: 25.-26. Oktober 2023

Ort: Zürich (CH)

IN.STAND

Die Fachmesse für Instandhaltung und Services

Datum: 07.-08. November 2023

Ort: Stuttgart (D)

Swissbau

Die führende Plattform der Bau- und Immobilienwirtschaft in der Schweiz.

Datum: 16.-19. Januar 2024

Ort: Basel (CH)

analytica

Leitmesse für Labortechnik, Analytik, Biotechnologie und analytica conference

Datum: 09.-12. April 2024

Ort: München (D)

Siams

Die Messe der Produktionsmittel der Mikrotechnik

Datum: 16.-19. April 2024

Ort: Halle d'Exposition, Moutier (CH)

IFAT

Weltleitmesse für Wasser-, Abwasser-, Abfall- und Rohstoffwirtschaft

Datum: 13.-17. Mai 2024

Ort: München (D)

drupa

Weltweit führenden Fachmesse für Drucktechnologien

Datum: 28. Mai - 07. Juni 2024

Ort: Düsseldorf (D)

ArbeitsSicherheitSchweiz

Fachmesse für Arbeitssicherheit, Gesundheitsschutz & Gesundheitsförderung am Arbeitsplatz

Datum: 05.-06. Juni 2024

Ort: Bern (CH)

aqua pro

B2B-Plattform in der Schweiz für Fachkräfte des Globalen Wasserkreislaufs

Datum: 2024

Ort: Bulle (CH)

Achema

Internationale Leitmesse der Prozessindustrie

Datum: 10.-14. Juni 2024

Ort: Frankfurt am Main (D)

all about automation

Fachmesse für Industrieautomation

Datum: 28.-29. August 2024

Ort: Zürich (CH)

Cleanzone

Internationale Fachmesse und Kongress für Reinraumtechnologie

Datum: 25.-26. September 2024

Ort: Frankfurt am Main (D)

FachPack

Europäische Fachmesse für Verpackung, Technik, Veredelung und Logistik

Datum: 24.-26. September 2024

Ort: Nürnberg (D)

Ilmac Lausanne

Networking. Forum. Aussteller

Datum: 25.-26. September 2024

Ort: Lausanne (CH)

Ifas

Fachmesse für Gesundheitsmarkt

Datum: 22.-24. Oktober 2024

Ort: Digital (CH)

electronica

Weltleitmesse und Konferenz der Elektronik

Datum: 12.-15. November 2024

Ort: München (D)

all4pack Paris

The global marketplace for Packaging Processing Printing Handling

Datum: 04.-07. November 2024

Ort: Paris (F)

Bezugsquellenverzeichnis