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Jun 17, 2023

Wertvolle chemische Bausteine, die aus Polystyrolabfällen gewonnen werden

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Polystyrol, das Hauptmaterial in Kunststoffgeschirr und Isoliermaterialien, ist ein weit verbreitetes Polymer, lässt sich jedoch derzeit nur schwer recyceln. Ein US-amerikanisches Forscherteam hat nun in der Zeitschrift Angewandte Chemie einen thermochemischen Ansatz entwickelt, der es ermöglicht, in einem einfachen zweistufigen Prozess wertvolle Chemikalien aus Polystyrolabfällen zurückzugewinnen. Dieser neue Ansatz könnte das Recycling von Isolier- und Verpackungsmaterialien für eine echte Kreislaufwirtschaft aus Kunststoffen ermöglichen.

Das neu entwickelte „Degradation Upcycling“ (kurz Deg-Up) ermöglicht die Herstellung einer breiten Palette hochwertiger aromatischer Chemikalien aus Polystyrolabfällen, wie Guoliang Liu und Co-Autoren von Virginia Tech in Blacksburg, USA, erklären , erklären. Der Prozess läuft über eine zweistufige Kaskade ab: Im ersten Schritt wird Polystyrol zu Benzol als Hauptabbauprodukt abgebaut und im zweiten Schritt wird dieses Benzolprodukt im selben Reaktor chemisch modifiziert. Bei dem Prozess entstehen Benzolderivate, die viele wichtige Stoffe für die Kosmetik- und Pharmaindustrie umfassen.

Verfahren zum Abbau von Polystyrol zu Benzol erfordern in der Regel teure Katalysatoren, sind energieintensiv oder erzeugen ein komplexes Produktgemisch. Die neue thermochemische Methode von Liu und Kollegen nutzt kostengünstige Aluminiumchlorid-Katalysatoren und kann in Reaktoren bei moderaten 80 °C (ca. 180 °F) durchgeführt werden. Ein weiterer Vorteil ihrer Methode ist der geschickte Einsatz des Lösungsmittels Benzol. „Nur die Menge an Benzol, die aus dem Polymer zurückgewonnen wird, wird in die gewünschte Chemikalie umgewandelt. Nicht verwendetes Lösungsmittel kann recycelt werden, um mehr Polymerzuführung zu verarbeiten“, sagt Liu.

Als Machbarkeitsnachweis löste das Team verschiedene Arten von Polystyrolabfällen, etwa aus Verpackungserdnüssen und Plastikutensilien, in Benzol und erhitzte die Mischung in einem Reaktor unter luftfreien Bedingungen mit Aluminiumchlorid als einzigem Reagens. Das flüssige Produkt, das hauptsächlich aus Benzol besteht, könnte direkt verwendet werden, um die gewünschten Mehrwertchemikalien in hoher Ausbeute und mit hoher Selektivität zu gewinnen.

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Durch Zugabe des Reagens Acetylchlorid erhielt das Team beispielsweise Acetophenon, eine wichtige Chemikalie in der Kosmetik- und Pharmaindustrie. Durch Zugabe des verwandten Reagenzes Oxalylchlorid erhielt das Team Benzophenon, einen häufigen Inhaltsstoff in Sonnenschutzprodukten und Kunststoffzusätzen. Darüber hinaus wurden aus Polystyrolabfällen mit hoher Selektivität schwefelhaltige Aromaten hergestellt, die teilweise als Hochleistungslösungsmittel in der Polymerindustrie eingesetzt werden.

Das Ziel dieser neuen chemischen Upcycling-Methode besteht darin, große Mengen an Polystyrolabfällen in Mehrwertchemikalien für andere industrielle Prozesse zu recyceln. Aufgrund ihrer geringen Dichte eignen sich Polystyrol-Dämmstoffe nicht gut für das mechanische Recycling, also den Prozess des Sortierens, Schredderns und Transportierens von Materialien zur gewinnbringenden Herstellung neuer Produkte. Der hier beschriebene Deg-Up-Prozess hingegen ist robust, tolerant gegenüber Kontaminationen und eignet sich als Plattform für das chemische Upcycling großvolumiger Polystyrolabfälle.

Referenz: Munyaneza NE, Posada C, Xu Z, et al. Eine generische Plattform für das Upcycling von Polystyrol zu Arylketonen und Organoschwefelverbindungen. Ang Chem Int Ed. e202307042. doi:10.1002/ange.202307042

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