En studie från Center for Integrated Technology and Organic Synthesis (CiTOS) visar hur glycerolkarbonat, en industriell tillsats från biokällor, kan produceras på rekordtid med CO2 och en biprodukt från industrin för återvinning av matolja.
Denna studie, genomförd i samarbete med ett team från Center for Studies and Research on Macromolecules (CERM) under paraplyet av en Concerted Research Action och publicerad i Angewandte Chemie International Edition , lägger grunden för kontinuerlig industriell produktion.
Ambitiösa FoU- och produktionsdirektiv i Europa stimulerar integrationen av innovativ teknik för att minska miljöpåverkan och för att gå bort från ett exklusivt beroende av petrokemiska resurser. I detta sammanhang utvecklar forskare vid CiTOS, ledd av Jean-Christophe Monbaliu, nya processer som gynnar molekyler som härrör från biomassa.
Glycerol är ett främsta mål bland dessa biobaserade molekyler på grund av dess överflöd. Glycerol härrör huvudsakligen från biodieselindustrin och återvinning av matolja; dess låga ekonomiska värde har förvisat det till status som avfall fram till nu. Ett annat slöseri blev folkfiende nummer ett, CO2 , är ett industrigasformigt avloppsvatten med lågt ekonomiskt värde.
Genom att kombinera sina respektive kompetensområden, teamen på CiTOS (kontinuerligt flöde av organisk kemi i mikro/mesofluidiska reaktorer och uppgradering av biobaserade föreningar) och CERM (syntes av organiskt material från CO2 ) utvecklar nya metoder för att valorisera glycerol och CO2 mot molekyler med högt förädlingsvärde.
Glycerolkarbonat, som formellt härrör från kondensationen av glycerol och CO2 , har nyligen blivit en stigande stjärna. Det erbjuder flera fördelar jämfört med andra petroleumbaserade karbonater som etylen- och propylenkarbonater, som är viktiga elektrolytbärare i litiumbatterier.
Dess betydligt lägre brandfarlighet kan avsevärt minska brandriskerna med dessa batterier. Karbonatet kan också användas som ett biosmörjmedel, formuleringsmedel eller alternativt grönt lösningsmedel. "Trots en sådan potential är den nuvarande marknaden för glycerolkarbonat fortfarande mycket begränsad", kommenterar Jean-Christophe Monbaliu. "Den främsta anledningen är att nuvarande produktionsprocesser är långsamma och dyra. Vårt arbete håller på att förändra det."
Arbetet är baserat på en hybrid metod som kombinerar grundläggande och tillämpad organisk kemi:En detaljerad studie av mekanismen genom kvantkemi och dess utplacering under mesofluidiska förhållanden konvergerar mot en unik intensifierad process. Processen, validerad i pilotskala, transformerar ett direktderivat av glycerol, nämligen glycidol, i närvaro av CO2 och en organisk katalysator till glycerolkarbonat.
Processens effektivitet, som når slutförd på mindre än 30 sekunder, överträffar vida alla nuvarande processer för produktion av glycerolkarbonat. "Sådana gynnsamma mått öppnar aldrig tidigare skådade perspektiv för potentiell framtida industrialisering", avslutar Jean-Christophe Monbaliu.
Mer information: Claire Muzyka et al, Intensified Continuous Flow Process for the Scalable Production of Bio-Based Glycerol Carbonate, Angewandte Chemie International Edition (2024). DOI:10.1002/anie.202319060
Journalinformation: Angewandte Chemie International Edition
Tillhandahålls av University de Liege
