מאמר שיטה

מיועד למיחזור מולקולרי: פולימר ביו-ביבסי חצי ארומטי שמקורו ב-ליגנין

2.9K צפיות

DOI:

10.3791/61975

30 בנובמבר 2020

במאמר זה

סיכום

דוגמה לגישה של לולאה סגורה כלפי כלכלת חומרים מעגליים מתוארת כאן. מחזור בר קיימא שלם מוצג שבו פוליאסטרים חצי ארומטיים ביובסים מתוכננים על ידי פילמור, דה-פילוריזציה, ולאחר מכן מחדש עם שינויים קלים בלבד בתשואות שלהם או תכונות סופיות.

תקציר

הפיתוח של ביופולימרים הניתנים למחזור כימי מציע הזדמנויות במרדף אחר כלכלה מעגלית. ביופולימרים הניתנים למחזור כימי עושים מאמץ חיובי לפתור את בעיית החומרים הפולימריים בשלב ההשלכה לאחר שלב השימוש. במאמר זה, הייצור של פוליאסטרים חצי ארומטיים ביובס, אשר ניתן לחלץ לחלוטין ביומסה כגון ליגנין, מתואר ודמיינו. פולי-S הפולימר המתואר במאמר זה יש תכונות תרמיות דומות פלסטיק נפוץ מסוימים, כגון PET. פיתחנו תגובת Knoevenagel ירוקה, אשר יכול לייצר ביעילות מונומרים מן אלדהידים ארומטיים וחומצה מלונית. תגובה זו הוכחה להיות מדרגית ויש לה גורם E מחושב להפליא. פוליאסטרים אלה עם ליגנו-פיטוכימיקלים כנקודת התחלה מראים מיחזור מולקולרי יעיל עם הפסדים מינימליים. פוליאסטר פוליאסטר (חומצה דיהידרוצינפינית) (פולי-S) מוצג כדוגמה של פוליאסטרים חצי ארומטיים אלה, ואת פילמור, depolymerization, ו פולימריזציה מחדש מתוארים.

מבוא

בניגוד שריפת פסולת פולימרית, מיחזור כימי מציע את האפשרות לשחזר את monomers. מיחזור כימי הוא בחירה הגיונית בסוף החיים הטכניים של חומרים פולימריים מאז חומרים פולימריים אלה מיוצרים כימית1. ישנן שתי דרכים למחזר את החומר הפולימרי כימית, פירוליזה ומיחזורמולקולרי 2. עם פירוליזה, החומר הפולימרי הופך למוצרים בעלי ערך גבוה יותר באמצעות תנאים קיצוניים3,4. מיחזור מולקולרי הוא שיטה יעילה לשחזור החומרים ההתחלתיים באמצעות דה-פילמוריזציה. לאחר depolymerization, יחידות מונומריות ניתן להפוך מחדש לתוך חומרים פולימריים בתולה5. הזמינות של מונומרים מתאימים להחי....

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

1. עיבוי קנוואנגל ירוק של סירינגלדהיד לכיוון חומצה סינפינית עם 5 מול% אמוניום ביקרבונט

  1. הוסף חומצה מלונית (20.81 גרם, 200.0 mmol) יחד עם סירינגלדהיד (36.4 גרם, 200.0 mmol) לבקבוקון עגול 250 מ"ל. ממיסים את שני המרכיבים ב-20.0 מ"ל של אתיל אצטט ומוסיפים אמוניום ביקרבונט (790 מ"ג, 10.0 mmol) לבקבוקון.
    הערה: כדי להבטיח השלמה מלאה של תגובת העיבוי, המאייד הסיבובי יכול לשמש כדי לזקק את האצטט ואת לרכז את תערובת התגובה, וכתוצאה מכך תגובה ללא ממס.
  2. שמור את תערובת התגובה במשך 2 שעות ב 90 °C בבקבוק הפתוח מבלי לערבב להמרה מלאה לחומצה סינפינית.
    הערה: במהלך תגובה זו, מספר שינויים מורפולוגיים נצפים. תערובת התגובה משתנה מתערובת אפורה צפופה לתערובת צהובה מומסת עק....

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

חומצה סינפינית הייתה מסונתזת בטוהר גבוה ותשואה גבוהה (> 95%) מסירינגלדהיד באמצעות עיבוי Knoevenagel הירוק. (מידע תומך: איור S1) הגורם האלקטרוני הוא אינדיקציה לייצור פסולת שבה מספר גבוה יותר מצביע על יותר פסולת. גורם ה- E מחושב על-ידי לקיחת קלט החומר הכולל, חיסור כמות המוצר הסופי הרצוי וחלוקת השלם לפי כמות המוצר הסופי. עיבוי Knoevenagel ירוק זה יש גורם E של 1.0, אשר ניתן לחשב: [((29.81 גרם חומצה מלונית + 36.4 גרם סירינגלדהיד + 0.790 גרם אמוניום ביקרבונט + 18.04 גרם אתיל אצטט) – 42.56 גרם חומצה סינפינית.......

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

כאשר חומצה דיהידרוסינפינית הייתה מחוממת בכלי תגובה, תת-הכרתיות של החומר ההתחלתי התרחשה, ואפקט זה הוגבר כאשר ואקום הוחל. אצטילציה בוצעה על חומצה דיהידרוזינפינית כדי למנוע תת-הכרתיות. קריכלדורף ואח '12,27 הכירו בכך שלא רק אצטילציה אלא גם די ואוליגומריזציה התרחשה. עם זאת, מונומרים ואוליגומרים אלה כבר לא נשגבים ומתאימים כמוומרים עבור פוליקונדנסציהנמסה 28. כמו כן, היווצרות של preפולימרים מחומצה 4-אצטוקסי-דיהידרוסינפיני מאשר את מנגנון התגובה ההי.......

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

למחברים אין מה לחשוף.

תודות

המחברים אסירי תודה על התמיכה הכספית של הארגון ההולנדי למחקר מדעי (NWO) (מענק 023.007.020 שהוענק לג'ק ואן שינדל).

....

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
<חזק>תגובה 1: עיבוי ירוק Knoevenagel
אמוניום ביקרבונטסיגמא אולדריץ'>99%
אתנולבוםבדרגה
טכנית אתיל אצטטמקרון99.8%
חומצה הידרוכלוריתבום37%
חומצה מלוניתסיגמא אולדריץ'99%בשימוש כמתקבל
נתרן ביקרבונטסיגמא אולדריץ'>99.7%
סירינגלדהידסיגמא אולדריץ'98%בשימוש כמתקבל
<חזק >תגובה 2: הידרוגנציה
מגנזיום גופרתימקרון99%מיובש
Raney™ ניקלסיגמא אולדריץ'>89%
נתרן הידרוקסידבוםדרגה טכניתמומס
<חזק>תגובה 3: אצטילציה
אנהידריד אצטימקרון>98%
אצטוןמקרון>99.5%
נתרן אצטטסיגמא אולדריץ'>99%
<חזק>תגובה 4A: פילמור
1,2-קסילןמקרון>98%
נתרן הידרוקסידבוםאבקהדקה
אבץ (II) אצטטסיגמא אולדריץ'99.99%
<חזק>תגובה 4B: דה-פולימריזציה
נתרן הידרוקסידבוםבדרגהטכנית מומסת
חומצה גופרתיתמקרון100%
<חזק>ניתוח
CDCl3Cambride Isotope Laboratories, Inc.99.5%
CF3COODCambride Isotope Laboratories, Inc.98%
דימתילפורממידמקרון>99.9%
הקספלואורו-2-פרופנולTCI כימיקלים>99%
מתנולמקרון>99.8%
טטרהידרופוראןמקרון>99.9%

מקורות

  1. Rahimi, A., García, J. M. Chemical recycling of waste plastics for new materials production. Nature Reviews Chemistry. 1 (6), 41570(2017).
  2. Sardon, H., Dove, A. Plastics recycling with a difference. Science. 360 (6387), 380-381 (2018).
  3. Jones, G. O., Yuen, A., Wojtecki, R....

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

Poly S

מאמרים קשורים