Lanthanid-Photokatalysatoren für das Upcycling von Polymeren

Die Entsorgung von Plastik, aufgrund seiner Langlebigkeit und Vielseitigkeit einst als "Material mit tausend Verwendungsmöglichkeiten" bezeichnet, stellt heutzutage aufgrund seiner Langlebigkeit und chemischen Stabilität eine Herausforderung dar. Unter den verschiedenen bekannten Kunststoffarten sind Polyvinylchlorid (PVC) und Polystyrol (PS) überall zu finden. PVC ist der zweithäufigste hergestellte Kunststoff in der Welt und trägt zu ~12 % der Gesamtnachfrage nach Kunststoffen bei. Das entspricht 55 Millionen Tonnen PVC im Jahr 2013 und einer prognostizierten Jahresproduktion von bis zu 59,72 Millionen Tonnen bis 2030. Da die meisten PVC-Produkte inzwischen das Ende ihrer Nutzungsdauer erreicht haben, stellt der Abbau von PVC eine aktuelle ökologische Herausforderung dar. Darüber hinaus enthalten viele PVC basierte Produkte diverse Zusatzstoffe wie Weichmacher, welche aufgrund ihrer hormonartigen Wirkung eine Gefahr für Mensch und Umwelt darstellen. Polystyrol (PS) wird hauptsächlich für den Schutz von Konsumgütern, CD-Hüllen und Lebensmittelverpackungen verwendet. Trotz seiner weiten Verbreitung liegt die Recyclingquote für PS bei weniger als 10 %. Herkömmliche PS-Recyclingverfahren umfassen mechanische oder chemische Prozesse, die das Material zersetzen. Derzeit sind thermische Verfahren wie die Pyrolyse die am häufigsten angewandte Methode zur Umwandlung von PS in hochwertige Chemikalien. Thermische Verfahren sind jedoch energieintensiv. Daher werden dringend neue, weniger energieintensive Verfahren benötigt, um PVC und PS zu Materialien zu recyceln, die unbegrenzt verwendet werden können. Im vorliegenden Projekt verwenden wir spezielle Katalysatoren aus billigen, ungiftigen Seltenerdmetallen, um im Rahmen eines als Photokatalyse bezeichneten Prozesses Lichtenergie für ein energetisch weniger intensives Upcycling von PVC und PS zu nutzen. Anstatt PVC abzubauen, wollen wir das Polymer chemisch modifizieren, so dass es weniger toxisch ist und daher wirklich recycelt werden kann. Da für das Upcycling von PS in der Regel härtere chemische Bedingungen erforderlich sind, die das PS-Upcycling mit den derzeit verfügbaren Seltenerdkatalysatoren schwierig machen, werden wir uns auf die Entwicklung neuer, stabilerer Katalysatoren konzentrieren, die den allgemein härteren Bedingungen des PS-Upcyclings standhalten. Dieses Projekt ist bahnbrechend, da es das erste Mal darstellt, dass diese speziellen Katalysatoren für diesen Zweck verwendet werden. Die Kenntnisse, welche im Laufe dieses Projekts gewonnen werden, könnten das Kunststoffrecycling revolutionieren und unser Verständnis dafür verbessern, wie Seltenerdmetalle in der Photokatalyse eingesetzt werden können.