Chất dẻo từ thực vật

E-mail | Bản in | Lưu xem sau

Một số nhà nghiên cứu hy vọng biến thực vật thành loại nguyên liệu thay thế dầu thô không gây ô nhiễm và tái tạo được. Để đạt được điều này, các nhà khoa học nghiên cứu cách làm thế nào để chuyển đổi sinh khối thực vật các thành khối kiến thiết của chất dẻo và nhiên liệu một cách rẻ và hiệu quả. Trong nghiên cứu mới nhất, các nhà hoá học đã chuyển đổi thành công cellulose-carbohydrate thực vật phổ biến nhất-trực tiếp thành khối kiến thiết gọi là hydroxymethyl-furfural (HMF) trong một phản ứng đơn bước.

Kết quả này được tạo dựng trên một công trình nghiên cứu trước đó của các nhà khoa học Phòng thí nghiệm Quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương (Mỹ). Trong công trình nghiên cứu này, các nhà khoa học đã tạo ra HMF từ các loại đường đơn được chiết xuất từ cellulose. Trong công trình nghiên cứu mới này, các nhà khoa học đã phát triển một phương pháp mới bỏ qua bước hình thành đường và chuyển hoá trực tiếp cellulose thành HMF. Quy trình đơn giản này tạo ra sản lượng HMF cao và cho phép việc sử dụng nguyên liệu cellulose thô là loại vật liệu chăn nuôi gia súc.

Z. Conrad Zhang, nhà hoá học tại Viện Nghiên cứu chất xúc tác bề mặt cho biết “sinh khối như gỗ, ngô và cỏ may, cellulose là polyme phong phú nhất mà các nhà nghiên cứu đang cố gắng chuyển đổi thành nhiên liệu sinh học và chất dẻo”.

HMF, còn được gọi là 5-hydroxymethylfurfural, có thể được sử dụng như một khối kiến thiết cho chất dẻo và "nhiên liệu sinh học" như xăng và dầu điêzen, về cơ bản giống như nhiên liệu được chế biến từ dầu mỏ. Trong các nghiên cứu trước, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một hoá chất và dung môi ion lỏng để chuyển hoá đường đơn thành HMF.

Hoá chất này là kim loại clorua còn được gọi là clorua crom, được sử dụng để chuyển hoá đường thành HFM tinh khiết cao. Nhưng để có thể biến đổi sinh khối cellulose trực tiếp từ tự nhiên, nhóm nghiên cứu vẫn phải phá vỡ cấu trúc cellulose thành các loại đường đơn, và các nhà khoa học đang tìm cách làm thể nào để bỏ qua bước này.

Dung dịch ion lỏng đã bổ sung phụ gia có thể hoà tan xenlulo, với bất kỳ loại thực vật có lá xơ và khó hoà tan nào. Các hợp chất dung môi này làm cho sự chuyển hoá cellulose thành HMF nhanh hơn. Sau khi thử nghiệm với các chất xúc tác kim loại clorua khác nhau trong dung môi ion, nhóm nghiên cứu đã tìm ra một cặp chất xúc tác hoạt động rất tốt: Sự kết hợp của đồng clorua và crom clorua dưới điều kiện 120^oC phá vỡ cellulose mà không sinh ra các sản phẩm phụ không mong muốn.

Trong các thực nghiệm bổ sung, nhóm nghiên cứu thử nghiệm phương pháp của họ so với phương pháp sử dụng axit, một phương pháp thông thường để phá vỡ liên kết. Hệ dung dịch ion-clorua kim loại lỏng hoạt động nhanh gấp 10 lần so với axit và ở nhiệt độ thấp hơn nhiều. Ngoài ra, cặp xúc tác kim loại clorua cho phép các nhà nghiên cứu tránh sử dụng một hợp chất khác trong nghiên cứu, một loại axit khoáng, vốn thường làm cho HMF thoái hoá.   

Đánh giá phương pháp của nhóm, nhóm nghiên cứu nhận thấy họ có thể đạt chắc chắn tỷ lệ HMF cao phương pháp chuyển hoá khoảng 57% dung lượng đường ở nguyên liệu cellulose thành HMF thông qua quy trình đơn bước. Nhóm nghiên cứu đã thu được 90% lượng HMF được hình thành và thành phẩm từ quy trình này đạt độ tinh khiết 96%. Hơn nữa, các clorua kim loại và dung dịch ion lỏng có thể được tái sử dụng nhiều lần mà không bị mất hiệu quả. Khả năng tái sử dụng vật liệu sẽ làm giảm chi phí cho việc sản xuất HMF.

(Theo Tạp chí Hoạt động Khoa Học // Nacesti )