La cantidad de plástico que se produce en el mundo cada año ha aumentado explosivamente. De 2 millones de toneladas en 1950 a más de 390 millones de toneladas en 2021, según datos de la organización proteccionista sin fines de lucro Plastic Soup Foundation tomadas el pasado año. Estas cifras no incluyen fibras sintéticas, por lo que la producción real es mucho mayor. Además de la preocupación por disminuir estos índices, los científicos se han concentrado en estudiar alternativas para su degradación.
Ahora, investigadores de la Universidad Metropolitana de Tokio, según un artículo que se publicó en la Revista de la Sociedad Química Estadounidense, ACS Publication, descubrieron que las nanopartículas de oro apoyadas en una superficie de óxido de circonio ayudan a convertir materiales de desecho, como la biomasa y el poliéster, en compuestos de organosilano, sustancias químicas valiosas que se utilizan en una amplia gama de aplicaciones. El nuevo protocolo aprovecha la cooperación entre las nanopartículas de oro y la naturaleza anfótera (una sustancia que puede reaccionar tanto como un ácido como una base) del soporte de óxido de circonio. El resultado es una reacción que requiere condiciones menos exigentes, un método más ecológico para reciclar los desechos.
El reciclaje es una gran parte de la solución de la humanidad al problema global de los desechos plásticos. De hecho, el foco de los investigadores se concentra en hallar formas alternativas para convertir los desechos plásticos en productos plásticos y permitir su reutilización. Sin embargo, los científicos también han estado explorando enfoques alternativos para fomentar el uso de materiales de desecho como recurso. Esto incluye el upcycling, la conversión de material de desecho en compuestos y productos completamente nuevos que pueden ser más valiosos que los materiales utilizados para fabricarlos.
Así es como este equipo de investigadores de la Universidad Metropolitana de Tokio —dirigido por el profesor asociado Hiroki Miura, perteneciente al Departamento de Química Aplicada para el Medio Ambiente de la Escuela de Graduados en Ciencias Ambientales Urbanas de esa casa de estudios de la capital japonesa— ha estado trabajando en la conversión de plástico y biomasa en organosilanos, moléculas orgánicas con un átomo de silicio unido para formar un enlace carbono-silicio. Los organosilanos son materiales valiosos en recubrimientos de alto rendimiento e intermedios en la elaboración de productos farmacéuticos y agroquímicos. Sin embargo, la adición del átomo de silicio a menudo implica reactivos que son sensibles al aire, la humedad y requieren altas temperaturas, sin mencionar condiciones fuertemente ácidas o básicas. Potencialmente, esto hace que el proceso de conversión en sí mismo sea una carga ambiental.
Ahora, el equipo ha aplicado un material catalizador híbrido que consta de nanopartículas de oro sobre un soporte de óxido de circonio. El catalizador toma grupos éter y éster, ambos abundantes en plásticos como el poliéster y compuestos de biomasa como la celulosa, y los ayuda a reaccionar con un compuesto que contiene silicio conocido como disilano. Bajo calentamiento suave en solución, crearon con éxito grupos organosilano donde se encontraba el grupo éster o éter.
A través de estudios detallados del mecanismo de trabajo, el equipo descubrió que la cooperación entre las nanopartículas de oro y la naturaleza anfótera (tanto básica como ácida) del soporte era responsable de la conversión eficaz y de alto rendimiento de la materia prima en condiciones normales. Dado que la eliminación de desechos plásticos a menudo requiere combustión o condiciones severamente ácidas/básicas, el proceso en sí ya proporciona una ruta fácil para descomponer poliésteres en condiciones mucho menos exigentes.
Sin embargo, el punto clave aquí es que los productos de la reacción son en sí mismos productos valiosos, listos para nuevas aplicaciones. “Nuestro equipo espera que esta nueva ruta hacia la producción de organosilanos forme parte de un camino hacia un futuro neutral en carbono, donde los plásticos no lleguen al medio ambiente, sino a productos más útiles para la sociedad”, concluyó Miura. De esta investigación también participaron Masafumi Doi, Yuki Yasui, Yosuke Masaki, Hidenori Nishio y Tetsuya Shishido.
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