《科學》：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
關鍵詞：催化
人們一直夢寐以求利用生物質能取代石油來制備化學制品、塑膠和燃料。科學家最近開發出了利用葡萄糖制備塑膠等石油化工產品的新方法，使人類向著這一目標又邁近了一步。相關論文發表在6月15日的《科學》雜志上。
葡萄糖是植物光合作用的主要產物之一，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，因此是科學家青睞的石油替代物質。然而，迄今為止，利用合適的催化劑將葡萄糖轉變為可利用的形式仍然是一個難題。
在最新的研究中，來自美國能源部西北太平洋國家實驗室（Pacific Northwest National Laboratory，簡稱PNNL）的科學家找到了一種新的催化工藝，能夠直接將糖類轉換成某些石油產物的替代來源。
論文高級作者、PNNL化學家Z. Conrad Zhang和同事嘗試了多種金屬催化劑，結果發現，離子液體（ionic liquid）催化劑能夠有效地將葡萄糖等糖類轉化成羥甲基糠醛（HMF），它被認為石油化學中最有前途的代用品，能夠容易地轉化為多種化學制品和塑膠。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生的HMF是一個‘萬能’的平臺，它能夠制造數百種其他化學物品。”
Zhang和同事通過實驗證實，金屬二氯化物形成的離子液體能夠將70%的葡萄糖和接近90%的果糖轉化為HMF，僅僅殘余微量的酸性雜質。而實驗的96種此類催化劑中，二氯化鉻離子液體的催化效果最好，所產生的雜質也最少，同時這種反應需要的溫度也很低，只要100攝氏度左右。
盡管精確的轉化過程還是一個謎團，但Zhang推測，離子液體催化劑能夠促使糖類分子鍵打開，實現了H（氫）與 OH（氫氧根）的變旋作用（mutarotation），從而變成新的結構。
新的研究成果有望成為生物質能（樹木、秸稈、海藻等）轉化為化學制品、塑膠和燃料的基礎。Zhang 的下一步工作是要改進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 產量，并同時減少分離、純化的成本。Zhang表示，“這是一個很有挑戰性的目標，我們的研究結果指明了一種潛在的HMF制備工藝。因為還有一些改進和優化的步驟，實現大規模的產業化可能還需要幾年的時間。”
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（責任編輯：曉靖）
