Forscher in einem Labor

Forscher berichten über ein neues Verfahren mit dem PET erneut zu hochwertigem PET verarbeitet werden kann. (Bild: Alexander Raths - Fotolia.com)

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.

Fast 70 Mio. t PET werden jährlich produziert 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.

Wie das Verfahren aufgebaut ist und funktioniert

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 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 den Forschern zufolge das Potenzial etablierter MOFs als neuer Klasse Polymer-abbauender Katalysatoren, lang bestehende Herausforderungen im Zusammenhang mit Kunststoffabfällen zu meistern.

Quelle: Angewandte Chemie

Kunststoffrecycling: Der große Überblick

Mann mit Kreislaufsymbol auf dem T-Shirt
(Bild: Bits and Splits - stock.adobe.com)

Sie wollen alles zum Thema Kunststoffrecycling wissen? Klar ist, Nachhaltigkeit hört nicht beim eigentlichen Produkt auf: Es gilt Produkte entsprechend ihrer Materialausprägung wiederzuverwerten und Kreisläufe zu schließen. Doch welche Verfahren beim Recycling von Kunststoffen sind überhaupt im Einsatz? Gibt es Grenzen bei der Wiederverwertung? Und was ist eigentlich Down- und Upcycling? Alles was man dazu wissen sollte, erfahren Sie hier.

Sie möchten gerne weiterlesen?

Registrieren Sie sich jetzt kostenlos:

Bleiben Sie stets zu allen wichtigen Themen und Trends informiert.
Das Passwort muss mindestens acht Zeichen lang sein.

Ich habe die AGB, die Hinweise zum Widerrufsrecht und zum Datenschutz gelesen und akzeptiere diese.

Mit der Registrierung akzeptiere ich die Nutzungsbedingungen der Portale im Industrie-Medien-Netzwerks. Die Datenschutzerklärung habe ich zur Kenntnis genommen.

Sie sind bereits registriert?