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新型化学方法为大规模生产生物塑料瓶铺平了道路

日本和荷兰的研究人员展示了一种从非食用植物中大量提取重要的塑料化学品的新技术。他们从可再生材料中获取呋喃-2,5-二羧酸(FDCA)的方法可能会取代化石燃料当量,而化石燃料当量可用于制造塑料瓶和其他塑料产品。

对由可再生资源制成,在生产过程中使用清洁能源并且几乎不产生有毒废物和副产物的环保产品的需求日益增长。一些专家认为,非食用植物可以提供这些产品所需的原始资源。

羟甲基糠醛(HMF)就是这样一种生物材料。源自非食用植物中的葡萄糖,如果添加某些金属催化剂,它将进行氧化。随后发生的化学反应产生了诸如FDCA之类的聚合物,而该聚合物又可用于制造生物塑料产品。

氧化的HMF生物材料稀释溶液的重量百分比最多为两个重量百分比(wt%)或更少,将产生大量的FDCA。可以使用多种类型的不同金属来催化该反应,这使其成为非常有前途的方法。(相关:研究人员开发了可以在不同条件下分解的生物塑料混合物。)

有害的化学副反应降低了聚合物生产的效率

然而,为了考虑用于工业用途,化学过程需要在浓度范围为10-20 wt%的浓缩溶液中进行。并且当前的氧化方法不能实现足够高的产率以满足商业需求。

在涉及最低浓度为10%(重量)的HMF浓缩液的早期实验中,只有30%的生物物质被氧化成FDCA。与20%的效率相比,效率大大下降。

此外,生物材料中存在的许多甲酰基基团转化为固体副产物。这些副产品不能用于制造塑料产品,被视为废物。

更糟的是,不必要的副反应不仅浪费生物材料。他们还会用尽催化剂,这些催化剂通常是昂贵的金属,如金。

使用缩醛化工艺提高氧化效率

北海道大学和埃因霍温科技大学的研究人员联合小组找到了一种抑制HMF中浪费性副反应的方法。首先,他们向HMF中添加了一种称为1,3-丙二醇的有机化合物,从而引发了一种称为缩醛化的化学反应。

HMF中的甲酰基也称为醛基。缩醛化作用将化学侧链连接至这些挥发性醛基,从而将其转变为不受其他反应影响的醛。

当HMF进行缩醛化时,会变成HMF缩醛。这种新的有机化合物中的醛比其前体稳定得多。它们不会被氧化过程中的副反应触发。

该新工艺使用1,3-丙二醇作为缩醛化催化剂。该化学品具有很高的可重复使用性。每次使用都能回收其中的80%。

两种化学反应比一种更有效

研究人员使用金(Au)催化剂在更加稳定的HMF-乙缩醛中引发氧化。他们报告说,从工业级浓度中获得高收率的FDCA聚合物。

此外,他们对HMF浓度进行了重大改进。现在,它需要更少量的1,3-丙二醇来引发HMF-乙缩醛中的氧化,从而增加了材料并节省了能源。

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