Fig.1:TEM-bild av CeO2-stödda ruteniumnanopartiklar katalysator. Gula cirklar visar Ru nanopartiklar. Upphovsman:Osaka University
Osaka University forskare skapar katalysator för raffinering av kemikalier i växtavfall, möjliggör ett grönt sätt att producera värdefulla råvaror.
Kampen mot klimatförändringarna är en uppmaning till industrin. Vi litar för närvarande på fossila bränslen, en viktig källa till växthusgasen CO2, inte bara för energi utan också för att skapa kemikalier för tillverkning. För att avvärja våra ekonomier från detta beroende, vi måste hitta en ny källa till "gröna" råvaror så att fabriker och laboratorier kan driva utan att producera och släppa ut koldioxid.
Nu, ett forskargrupp vid Osaka University har upptäckt hur man skapar värdefulla kemikalier från rena källor. De använde biomassa, i huvudsak avfall från växtmaterial. Biomassa är rik på organiska molekyler - långa kedjor av kolatomer fästa vid syre. Befintliga metoder kan bryta kol -syre -bindningarna i dessa molekyler för att skapa, till exempel, råvaror för plast. Dock, bryta kol -kolbindningarna, för att förkorta molekylkedjorna, är svårare; extrema temperaturer behövs, och ger ofta oönskade produkter.
Metoden som utvecklats i Osaka är baserad på en ny katalysator. Katalysatorer tillåter reaktioner att inträffa, utan att bli förbrukade själva. De är ofta baserade på metaller, och det nya exemplet är inget undantag - det består av atomiskt små partiklar av rutenium, en metall relaterad till järn, sitter på ett material som kallas ceriumoxid.
Fig.2:Selektiva C-C-bindningsklyvningar av biogena kemikalier katalyserade av den CeO2-stödda ruteniumnanopartikelkatalysatorn. Upphovsman:Osaka University
Efter att ha skapat sin katalysator, forskarna testade det på levulinsyra (LA) från biomassa. LA reagerade för att bryta C-C-bindning vid 150 grader Celsius-varmt för vissa, men mild av industriell standard. Reaktionsprodukten var 2-butanol, en viktig kemikalie för tillverkning av lösningsmedel. "Det här är första gången som 2-butanol tillverkas på detta gröna sätt, använder LA, "förste författaren Tomoo Mizugaki förklarar." Traditionellt sett den är gjord av buten, som kommer från mycket förorenande oljeraffinaderier. "
Uppblåst av detta, laget testade sin katalysator på andra biomassakemikalier. En rad värdefulla produkter erhölls. Avgörande, reaktionerna bröt alltid kol -kolbindningar. Detta gjorde att de kunde producera, till exempel, cyklohexanol, en viktig kemikalie vid tillverkning av nylon.
Fig.3:De nya syntetiska vägarna för värdefulla kemikalier som använder den CeO2-stödda ruteniumnanopartikelkatalysatorn. Upphovsman:Osaka University
Röntgen- och mikroskopstudier bekräftade att kombinationen av rutenium, ceriumoxid och vatten var avgörande för att reaktionen skulle ske. Den nya katalysatorn fyller därför ett viktigt gap i kemistens verktygslåda för reaktioner.
"Vi hoppas att denna metod hjälper alla industrisektorer att skaffa råvaror från icke-fossila källor, "säger motsvarande författare Kiyotomi Kaneda." Vi behöver en radikal förändring i tänkandet, så att biologiskt härledda kemikalier betraktas som primära alternativ vid tillverkning. "
