Katalysator für biobasierte Kunststoffe Plastikflaschen effizienter aus Biomasse herstellen

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Wenn es Plastikflaschen sein müssen, dann wenigstens welche aus regenerativen Rohstoffen. Statt der klassischen PET-Flasche bietet sich hier PEF an (Polyethylenfuranoat). Ein Team aus China hat nun einen neuen Katalysator entwickelt, mit dem die PEF-Herstellung aus Biomasse effizienter gelingen soll.

Nanjing /China – Für Getränkebehälter lässt sich der Kunststoff PET sehr gut durch Polyethylenfuranoat (PEF) aus regenerativen Quellen ersetzen. Die Herstellung des Rohstoffs für PEF aus Biomasse ist jedoch bislang wenig effizient. Ein neuer Photokatalysator auf Titanbasis könnte die Rohstoffproduktion effizienter und damit sparsamer machen, schreibt nun eine Forschungsgruppe in der Zeitschrift Angewandte Chemie.

Biomasse für Kunststoffe nutzen

Soll Biomasse weiterverarbeitet werden, wird aus dem Mix aus natürlichen Stoffen zunächst ein chemischer Grundstoff gewonnen: das 5-Hydroxymethylfurfural (HMF). Daraus lässt sich z. B. PEF herstellen, ein regenerativer Kunststoff, der sehr ähnliche Eigenschaften hat wie PET, dem aktuell wichtigsten Material für Plastikflaschen. Noch ist die Herstellung von PEF jedoch teuer, was auch an der Gewinnung des Rohstoffs aus HMF liegt.

Um den PEF-Rohstoff auf dem klassischen Weg zu gewinnen, muss HMF oxidiert werden. Das ist aus zwei Gründen wenig effizient: Zum einen entstehen bei der Oxidation mit Luftsauerstoff viele Nebenprodukte. Zum anderen benötigen die bislang verfügbaren Katalysatoren auf Basis von Titanoxid Licht im UV-Bereich. Da das UV-Licht nur einen kleinen Bereich des Sonnenlichtspektrums abdeckt, ist der Wirkungsgrad einer solchen photokatalytischen Reaktion gering, was das Verfahren teuer macht.

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Verbesserte Reaktion durch chemische Kopplung

Eine Forschergruppe um Ya-Qian Lan und Yifa Chen von der chinesischen South China Normal University (SCNU) in Nanjing hat nun einen Photokatalysator entworfen, der diese Reaktion deutlich effizienter machen könnte. In diesem Katalysator, der flache nanokristalline Plättchen bildet, ist eine Titanverbindung in Form einer metallorganischen Gerüstverbindung direkt mit einer oxidierenden organischen Gruppe verknüpft. Durch die chemische Kopplung der Titan- mit der organischen Komponente verschiebt sich die Lichtaufnahme vom UV-Spektrum in den sichtbaren Bereich, was die Effizienz deutlich erhöht, berichten die Forscher.

Die Reaktion ist außerdem höchst selektiv, da nur wenige Reaktionspartner für die HMF-Umwandlung nötig sind und kaum Abfallstoffe entstehen. Mit solchen maßgeschneiderten Photokatalysatoren ließen sich auch andere Reaktionen nachhaltiger machen, ist das Team überzeugt.

Originalpublikation: Dr. Jia-Nan Chang, Qi Li, Dr. Y. Yan, Jing-Wen Shi, Jie Zhou, Meng Lu, Mi Zhang, Hui-Min Ding, Prof. Yifa Chen, Prof. Shun-Li Li, Prof. Ya-Qian Lan: Covalent-Bonding Oxidation Group and Titanium Cluster to Synthesize a Porous Crystalline Catalyst for Selective Photo-Oxidation Biomass Valorization, Angewandte Chemie, First published: 18 July 2022; DOI: 10.1002/ange.202209289

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