美科学家用水果制塑胶为用植物生产化学制品提供了新可能粮仓机械
美科学家用水果制塑胶 为用植物生产化学制品提供了新可能
开车的人几乎都受到石油价格不断增长的困扰,而一些日用石化产品的价格也在不断上涨,比如随处可见的聚丙烯在过去几年里的价格就翻了两番。价格的激增刺激了人们对一度“沉睡”的领域的新兴趣:将农作物和其他可更新的原料转化成日用化学材料。迄今为止,与石化产品水平相当的新型化合物的制造是困难且昂贵的okmart.com。不过现在,美国科学家的努力为以植物为原料生产化学制品提供了新的推动力。
据近日出版的《科学》杂志报道,美国麦迪逊威斯康星大学的化学家JamesDumesic和他的同事开发出一种新的工艺,可以将水果、谷汁和蜂蜜中的果糖转化成5-羟甲基糠醛(HMF),而它可以取代石化建筑材料。与之前的转化工艺不同的是,这一新的方法高效、简易而且有可能很便宜。俄亥俄州凯斯西储大学护理学院化学技师ThomasZawodzinski表示,“这对我真的是件好事,这是需要深入研究的方向。”
由于成本太高,HMF目前还未在商业上大量生产。但是它很容易转化成其他化合物,比如一种简称为FDCA的物质,它可以作为聚酯等日常化学制品的初始材料。该研究小组指出,将环状的果糖分子转化成HMF是很容易的,需要脱去总共三分子的水。研究人员开发出多种酸性催化剂来加速这一过程。然而,生成的HMF和果糖会发生反应,产生大量不必要的副产物,这极大地限制了最终得到的HMF的总量。为了解决这一问题,研究人员试图加入一种可以浮在水面上的有机溶剂。HMF与该溶剂更强的亲和力可以使它与水脱离从而减少副反应的发生。然而,从溶剂中很难分离出HMF,研究人员必须以非常高的温度将溶剂汽化。
为了改善这一过程,Dumesic和他的学生在水中和溶剂中都加入了一系列不同的化合物,这些简称为DMSO和PVP的添加剂可以抑制副反应的发生从而提高HMF的产量,但这依然存在问题。添加剂会增加HMF在水中的溶解度,使得叫做MIBK的溶剂更难将HMF及时从水中转移。不过,该研究小组通过在少量的二丁醇中浓缩溶剂MIBK来增加HMF与溶剂的亲和力,最终攻克了这一难题。由于MIBK有较低的沸点,该小组可以方便地将它和二丁醇一起重新蒸发回反应器,从而留下HMF。
《自然》杂志在线新闻也对该研究成果进行了报道,英国伦敦皇家化学学会环境、可持续和能源组织主管JeffHardy表示:“选择和分离是该工艺的两个关键问题”,他同时指出:“任何用可更新的原料来制造建筑材料的努力都是好事情,目前的进展是正确方向上有益的一步”。
这一改进使转化为HMF的果糖的百分比翻了一番,达到了85%。美国华盛顿的西北太平洋国家实验室(PNNL)的一位生物化学制品专家ToddWerpy表示:“通过这些进展,现在我们可以对商业生产HMF进行一些合理的讨论,用可更新材料制造日常化学制品起步不久,它有可能会对今后化学制品需求作出大的贡献。”
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