금 나노입자 촉매는 플라스틱 폐기물을 유용한 화합물로 전환하는 데 도움을 줍니다.

도쿄도립대학 2023년 3월 20일

과학자들은 산화지르코늄 표면에 지지된 금 나노입자가 바이오매스 및 폴리에스테르와 같은 폐기물을 다양한 응용 분야에 사용되는 귀중한 화학 물질인 유기실란 화합물로 전환할 수 있음을 발견했습니다. 이 프로토콜은 금 나노입자와 산화지르코늄 지지체의 양쪽성 특성 사이의 협력을 활용하여 폐기물을 업사이클링하는 보다 친환경적이고 덜 까다로운 방법입니다.

지원되는 금 나노입자 촉매는 폴리에스테르와 바이오매스를 재활용할 수 있습니다.

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"}]"> 산 및 염기) 산화지르코늄 지지체의 성질. 그 결과 폐기물을 업사이클링하기 위한 덜 까다로운 조건과 보다 친환경적인 방법이 필요한 반응이 탄생했습니다.

재활용은 플라스틱 폐기물이라는 세계적인 문제에 대한 인류의 해결책에서 큰 부분을 차지합니다. 그 중 대부분은 플라스틱 폐기물을 플라스틱 제품으로 바꾸는 것과 관련이 있습니다. 그러나 과학자들은 폐기물을 자원으로 사용하도록 장려하기 위한 대안적인 접근 방식도 모색해 왔습니다. 여기에는 폐기물을 만드는 데 사용된 재료보다 더 가치 있는 완전히 새로운 화합물 및 제품으로 전환하는 업사이클링이 포함됩니다.

에테르와 에스테르는 산화지르코늄 기판에 장착된 금 나노입자로 구성된 하이브리드 촉매가 있는 상태에서 디실란과 반응합니다. 금 나노입자와 지지체의 산성 및 염기성 부위의 존재는 에테르와 에스테르 그룹을 실란 그룹으로 전환하는 데 도움이 됩니다. 크레딧: 도쿄도립대학

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"}]"> 원자가 결합하여 탄소-실리콘 결합을 형성합니다. 유기실란은 의약품 및 농약 생산 시 고성능 코팅 및 중간체에 사용되는 귀중한 재료입니다. 그러나 실리콘 원자를 추가하려면 공기와 습기에 민감하고 높은 온도가 필요한 시약이 필요한 경우가 많으며, 강한 산성이나 염기성 조건은 말할 것도 없습니다. 이로 인해 변환 프로세스 자체가 환경에 부담이 될 가능성이 있습니다.

이제 팀은 산화지르코늄 지지체에 지지된 금 나노입자로 구성된 하이브리드 촉매 물질을 적용했습니다. 촉매는 폴리에스테르와 같은 플라스틱과 셀룰로오스와 같은 바이오매스 화합물에 풍부한 에테르와 에스테르 그룹을 취하고 이들이 디실란으로 알려진 실리콘 함유 화합물과 반응하도록 돕습니다. 용액 내에서 약한 가열을 통해 그들은 에스테르 또는 에테르 그룹이 위치한 유기실란 그룹을 성공적으로 생성했습니다. 연구진은 메커니즘에 대한 상세한 연구를 통해 금 나노입자와 지지체의 양쪽성(염기성 및 산성 모두) 특성 사이의 협력이 온화한 조건에서 원료의 효과적이고 높은 수율 전환을 담당한다는 사실을 발견했습니다.

플라스틱 폐기물 처리에는 종종 연소 또는 강한 산성/염기성 조건이 필요하다는 점을 감안할 때, 공정 자체는 이미 훨씬 덜 까다로운 조건에서 폴리에스터를 분해할 수 있는 쉬운 경로를 제공합니다. 그러나 여기서 중요한 점은 반응 생성물 자체가 새로운 응용에 사용할 준비가 된 귀중한 화합물이라는 것입니다. 팀은 유기실란 생산을 위한 이 새로운 경로가 플라스틱이 환경에 배출되지 않고 사회에서 더 유용한 제품이 되는 탄소 중립 미래로 향하는 경로의 일부가 되기를 바라고 있습니다.