Verwandlung von Plastikmüll in einen chemischen Schatz
"Die Verwendung von handelsüblichen Kunststoffen als chemische Reagenzien stellt eine völlig neue Perspektive für die organische Synthese dar"
Forscher setzen gängige Kunststoffe ein, um radikale Kettenreaktionen in Gang zu setzen, und schaffen so eine Möglichkeit zur Wiederverwendung von Kunststoffabfällen bei gleichzeitiger Verbesserung der Prozesssicherheit und -effizienz.
Künstlerische Darstellung extrem reaktiver Moleküle, sogenannter Radikale, die aus Kunststofffasern entstehen.
Koji Kubota and Hajime Ito
Einwegplastik ist ein großes Umweltproblem. Doch anstatt es im Müll zu entsorgen, könnten gebrauchte Plastiktüten aus dem Supermarkt nun dazu verwendet werden, eine Reaktion auszulösen, die gefährliche Chemikalien entgiftet.
Ein Team unter der Leitung von Forschern des Institute for Chemical Reaction Design and Discovery (WPI-ICReDD) an der Universität Hokkaido hat eine Methode entwickelt, bei der übliche Plastikmaterialien anstelle von potenziell explosiven Verbindungen verwendet werden, um radikalische Kettenreaktionen in Gang zu setzen. Dieser Ansatz erhöht die Sicherheit des Verfahrens erheblich und bietet gleichzeitig eine Möglichkeit zur Wiederverwendung gängiger Kunststoffe wie Polyethylen und Polyvinylacetat. Diese Ergebnisse wurden im Journal of the American Chemical Society veröffentlicht.
Die Forscher verwendeten eine Kugelmühle, eine Maschine, die eine Stahlkugel in einem Stahlgefäß schnell schüttelt, um feste Chemikalien zu mischen. Wenn die Kugel auf den Kunststoff aufschlägt, bricht die mechanische Kraft eine chemische Bindung und bildet Radikale, die ein hochreaktives, ungebundenes Elektron besitzen. Diese Radikale ermöglichten eine sich selbst erhaltende Kettenreaktion, die die Dehalogenierung - d . h. den Ersatz eines Halogenatoms durch ein Wasserstoffatom - von organischen Halogeniden fördert.
"Die Verwendung von handelsüblichen Kunststoffen als chemische Reagenzien stellt eine völlig neue Perspektive für die organische Synthese dar", so Koji Kubota, Associate Professor. "Ich glaube, dass dieser Ansatz nicht nur zur Entwicklung sicherer und hocheffizienter radikalbasierter Reaktionen führen wird, sondern auch zu einer neuen Art der Verwertung von Kunststoffabfällen, die ein ernsthaftes soziales Problem darstellen."
Die Wiederverwendung von Kunststoffabfällen wurde demonstriert, indem Plastikfetzen einer gewöhnlichen Lebensmitteltüte in das Kugelmühlengefäß gegeben und die Reaktion erfolgreich durchgeführt wurde. Das Team zeigte auch, dass seine Methode für die Behandlung von hochgiftigen polyhalogenierten Verbindungen, die in der Industrie weit verbreitet sind, angewendet werden kann. Mit Hilfe von Polyethylen wurde eine Radikalreaktion eingeleitet, die mehrere Halogenatome aus einer Verbindung entfernte, die üblicherweise als Flammschutzmittel verwendet wird, und so ihre Toxizität reduzierte.
Die Forscher gehen davon aus, dass diese Methode aufgrund der Kosten- und Sicherheitsvorteile die Aufmerksamkeit der Industrie auf sich ziehen wird.
"Unser neuer Ansatz, bei dem stabile, billige und reichlich vorhandene Kunststoffe als Initiatoren für radikalische Kettenreaktionen verwendet werden, birgt das große Potenzial, die Entwicklung industriell attraktiver, sicherer und hocheffizienter chemischer Prozesse zu fördern", kommentierte Professor Hajime Ito.
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Originalveröffentlichung
Koji Kubota, Julong Jiang, Yuri Kamakura, Reon Hisazumi, Tsubura Endo, Daiyo Miura, Shotaro Kubo, Satoshi Maeda, Hajime Ito; "Using Mechanochemistry to Activate Commodity Plastics as Initiators for Radical Chain Reactions of Small Organic Molecules"; Journal of the American Chemical Society, 2023-12-22
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