کاتالیزور سبز و پلاستیک های زیستی

  • تاریخ انتشار : ۱۳۹۸/۰۱/۲۳

دانشمندان موسسه فناوری توکیو (Tokyo Tech) یک کاتالیزور جدید برای اکسیداسیون ۵ هیدروکسی متیل فورفورال توسعه داده اند و آن را تجزیه و تحلیل کرده اند که برای تولید مواد خام جدید جایگزین کلاسیک های غیر قابل تجدید پذیر که برای ساخت بسیاری از پلاستیک ها جایگزین می شوند.برای اکثر خوانندگان جای تعجب نیست که پیدا کردن جایگزینی برای منابع طبیعی غیر قابل تجدید یک موضوع کلیدی در تحقیقات کنونی است. برخی از مواد اولیه مورد نیاز برای تولید بسیاری از پلاستیک های امروز شامل منابع فسیلی غیر قابل احتراق، زغال سنگ و گاز طبیعی و تلاش های زیادی برای یافتن جایگزین های پایدار اختصاص یافته است. Furandicarboxylic acid یک ماده خام جذاب است که می تواند برای ایجاد پلی اتیلن فورانوئات استفاده شود که یک پلی استر بسیار با کاربرد فراوان است.

یکی از راه های ساخت FDCA از طریق اکسیداسیون hydroxymethyl furfural، یک ترکیب است که می تواند از سلولز سنتز شود. با این حال، واکنشهای اکسیداسیون لازم، نیاز به حضور کاتالیزور دارند، که در مراحل متوسط ​​واکنش کمک می کند تا محصول نهایی به دست آید. بسیاری از کاتالیزور مورد مطالعه برای استفاده در اکسیداسیون HMF شامل فلزات گرانبها هستند؛ این به وضوح یک نقص است زیرا این فلزات به طور گسترده در دسترس نیستند. محققان دیگر دریافتند که اکسید منگنز همراه با فلزات خاص (مانند آهن و مس) می تواند به عنوان کاتالیزور استفاده شود. اگرچه این یک گام در مسیر درست است، یک تیم از دانشمندان از توکیو Tech گزارش داده است: دی اکسید منگنز (MnO2) می تواند به عنوان یک کاتالیزور موثر مورد استفاده قرار گیرد اگر کریستال های ساخته شده با آن ساختار مناسب داشته باشند. این تیم، که شامل دانشیار Keigo Kamata و پروفسور Michikazu Hara است، برای تعیین اینکه ساختار کریستال MnO2 بهترین فعالیت کاتالیزور برای ساخت FDCA و چرا. آنها از طریق تجزیه و تحلیل محاسباتی و نظریه موجود، نتیجه می گیرند که ساختار کریستال ها به دلیل مراحل اکسیداسیون HMF بسیار مهم است. اولا، MnO2 یک مقدار معینی از اتم های اکسیژن را به سوبسترا (HMF یا سایر محصولات جانبی) انتقال می دهد و MnO2-δ می شود. سپس، به دلیل واکنش تحت یک محیط اکسیژن انجام می شود، MnO2-δ به سرعت اکسید می شود و دوباره MnO2 می شود. انرژی مورد نیاز برای این فرایند مربوط به انرژی مورد نیاز برای تشکیل واحدهای اکسیژن است که با ساختار بلوری بسیار متفاوت است. در واقع، تیم محاسبه کرد که مکان های اکسیژن فعال، انرژی پایین تر (و در نتیجه بهتر) خلق کرده اند.