Upcycelte Kunststoffmembranen helfen bei der Abfallbeseitigung
Lösungsmittel auf pflanzlicher Basis ermöglichen die nachhaltige Umwandlung von Kunststoffabfällen in wertvolle Membranmaterialien
Kunststoffabfälle können als Rohstoff für die Herstellung hochleistungsfähiger poröser Membranen verwendet werden. Diese könnten dann in der chemischen Industrie für die energieeffiziente Trennung komplexer chemischer Gemische oder zur Reinigung von Abfallströmen eingesetzt werden, was die Umweltfreundlichkeit des Verfahrens weiter erhöht.
Eine hydrophobe mikroporöse Membran aus Kunststoffabfällen könnte industrielle chemische Trennungen umweltfreundlicher machen.
© 2023 KAUST; Morgan Bennett Smith.
Polymermembranen könnten großartige Partner bei der Bewältigung zahlreicher Herausforderungen im Bereich der Nachhaltigkeit sein, sagt Malinalli Ramírez Martínez, Doktorand in der Gruppe von Suzana Nunes an der KAUST, die die Forschungsarbeiten leitete. Dank ihrer selektiv durchlässigen porösen Struktur können sie den ökologischen Fußabdruck industrieller Trennungen verringern, bei der Behandlung von Abwässern helfen und Zugang zu Süßwasser schaffen, sagt sie.
"Herkömmliche Verfahren zur Herstellung von Membranen verwenden jedoch meist fossile, nicht erneuerbare Materialien, was sich negativ auf die Umwelt auswirkt und im Widerspruch zu den Vorteilen der Nachhaltigkeit steht", sagt Ramírez Martínez.
"Wir wollten die Nachhaltigkeit von Polymermembranen einen Schritt weiter bringen, indem wir einige der herkömmlichen Materialien, die für ihre Herstellung verwendet werden, durch biobasierte Lösungsmittel und Kunststoffabfälle ersetzen und dabei den Prinzipien der Kreislaufwirtschaft und der grünen Chemie folgen."
Polyolefin-Kunststoffe machen fast die Hälfte aller weggeworfenen Gegenstände in Kunststoffabfallströmen aus. "Polyolefine sind aufgrund ihrer geringen Kosten und ihrer hohen thermischen und chemischen Stabilität sehr beliebt", sagt Ramírez Martínez. "Wir finden sie in Lebensmittelverpackungen, wiederverwendbaren Taschen, Shampooflaschen, Spielzeug und vielen anderen Produkten."
Dieselben Eigenschaften machen Polyolefine attraktiv für die Herstellung hydrophober mikroporöser Membranen für die Ölreinigung und andere industrielle Reinigungsverfahren. "Die größten Herausforderungen bei der Verarbeitung von Polyolefinen zu porösen Membranen sind jedoch die hohen Temperaturen, die zu ihrer Auflösung erforderlich sind - in der Regel zwischen 140 und 250 Grad Celsius - und die begrenzte Auswahl an Lösungsmitteln, die verwendet werden können und zumeist auf fossilen Brennstoffen basieren.
Das Team hat nun gezeigt, dass zwei biobasierte Lösungsmittel die Nachhaltigkeit dieses Prozesses erheblich verbessern können. "Wir haben festgestellt, dass Terpene - natürlich vorkommende erneuerbare Lösungsmittel, die aus Non-Food-Biomasse gewonnen werden - Polyolefine bei nur 130 Grad Celsius auflösen können", sagt Ramírez Martínez. "Zweitens haben wir mit diesen Lösungsmitteln erfolgreich Polypropylenmembranen aus Kunststoffabfällen von Lebensmittelverpackungen hergestellt und damit Einwegkunststoffe in Hochleistungsmaterialien verwandelt.
Diese Membranen erwiesen sich als geeignet für die Trennung von Wasser-in-Öl-Emulsionen, die bei bestimmten industriellen Prozessen entstehen können. "Die Rückweisungswerte und die Ölreinheit, die wir gemessen haben, waren mit den in der Literatur beschriebenen Membranen auf dem neuesten Stand der Technik vergleichbar", sagt Ramírez Martínez. "Wir betrachten es als großen Erfolg, dass wir bewiesen haben, dass Membranen, die aus Kunststoffabfällen hergestellt werden, eine wettbewerbsfähige Leistung im Vergleich zu solchen aus unbehandelten Materialien aufweisen können."
Nunes weist auch auf die breite Anwendbarkeit dieser Arbeit hin. "Polyolefine sind nur in einigen wenigen Lösungsmitteln wie Dekalin löslich. Die Suche nach alternativen Lösungsmitteln, insbesondere nach biobasierten Lösungsmitteln, ist nicht nur für die Herstellung von Membranen von Bedeutung", fügt sie hinzu.
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