《科學(xué)》：新催化工藝加快葡萄糖替代石油步伐
2007-06-19 來源：中國聚合物網(wǎng)
關(guān)鍵詞：催化
人們一直夢寐以求利用生物質(zhì)能取代石油來制備化學(xué)制品、塑膠和燃料？茖W(xué)家最近開發(fā)出了利用葡萄糖制備塑膠等石油化工產(chǎn)品的新方法，使人類向著這一目標(biāo)又邁近了一步。相關(guān)論文發(fā)表在6月15日的《科學(xué)》雜志上。
葡萄糖是植物光合作用的主要產(chǎn)物之一，是人類等許多生物的能量之源。葡萄糖在自然界中廣泛存在，因此是科學(xué)家青睞的石油替代物質(zhì)。然而，迄今為止，利用合適的催化劑將葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)榭衫玫男问饺匀皇且粋難題。
在最新的研究中，來自美國能源部西北太平洋國家實(shí)驗(yàn)室（Pacific Northwest National Laboratory，簡稱PNNL）的科學(xué)家找到了一種新的催化工藝，能夠直接將糖類轉(zhuǎn)換成某些石油產(chǎn)物的替代來源。
論文高級作者、PNNL化學(xué)家Z. Conrad Zhang和同事嘗試了多種金屬催化劑，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，離子液體（ionic liquid）催化劑能夠有效地將葡萄糖等糖類轉(zhuǎn)化成羥甲基糠醛（HMF），它被認(rèn)為石油化學(xué)中最有前途的代用品，能夠容易地轉(zhuǎn)化為多種化學(xué)制品和塑膠。Zhang說，“葡萄糖能夠直接從纖維素和淀粉得到，它是自然界最充足的碳水化合物材料。而由果糖和葡萄糖產(chǎn)生的HMF是一個‘萬能’的平臺，它能夠制造數(shù)百種其他化學(xué)物品！
Zhang和同事通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)，金屬二氯化物形成的離子液體能夠?qū)?0%的葡萄糖和接近90%的果糖轉(zhuǎn)化為HMF，僅僅殘余微量的酸性雜質(zhì)。而實(shí)驗(yàn)的96種此類催化劑中，二氯化鉻離子液體的催化效果最好，所產(chǎn)生的雜質(zhì)也最少，同時這種反應(yīng)需要的溫度也很低，只要100攝氏度左右。
盡管精確的轉(zhuǎn)化過程還是一個謎團(tuán)，但Zhang推測，離子液體催化劑能夠促使糖類分子鍵打開，實(shí)現(xiàn)了H（氫）與 OH（氫氧根）的變旋作用（mutarotation），從而變成新的結(jié)構(gòu)。
新的研究成果有望成為生物質(zhì)能（樹木、秸稈、海藻等）轉(zhuǎn)化為化學(xué)制品、塑膠和燃料的基礎(chǔ)。Zhang 的下一步工作是要改進(jìn)離子溶劑與金屬鹵化物化合物，看看是否能夠增加葡萄糖的 HMF 產(chǎn)量，并同時減少分離、純化的成本。Zhang表示，“這是一個很有挑戰(zhàn)性的目標(biāo)，我們的研究結(jié)果指明了一種潛在的HMF制備工藝。因?yàn)檫有一些改進(jìn)和優(yōu)化的步驟，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化可能還需要幾年的時間！
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