Sử dụng gỗ bạch đàn để tổng hợp chất xúc tác mới trong sản xuất nhiên liệu sinh học

10:09' AM - Thứ ba, 04/10/2016

Các nhà nghiên cứu Nhật Bản đã tìm ra phương pháp sử dụng gỗ bạch đàn để tạo ra chất xúc tác từ phế thải của quá trình chuyển hóa sinh khối thành nhiên liệu sinh học.

Ngay nay, nhiều người hy vọng sinh khối sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc đáp ứng nhu cầu năng lượng tương lai của xã hội. Nguồn sinh khối phi thực phẩm dồi dào nhất là ligno-xenluloza, bao gồm xenluloza, hemixenluloza và lignin. Trong quá trình chuyển hóa, trước tiên sinh khối sẽ bị thủy phân thành các loại đường đơn, từ đó chuyển hóa thành các hợp chất có giá trị khác và sử dụng làm nhiên liệu.

Quá trình thủy phân thường được xúc tác bởi enzym hoặc các axit hòa tan, tuy nhiên chi phí của quá trình này thường rất cao, hơn nữa chất xúc tác đồng thể thường khó có thể được thu hồi để tái sử dụng. Nhưng ngay cả các chất xúc tác dị thể cũng có thể gặp rắc rối: khi bị thủy phân, xenluloza và hemixenluloza sẽ chuyển hóa thành glucoza và xiloza tương ứng, nhưng bã lignin rắn vẫn nằm lại và bao bọc chất xúc tác, khiến cho nó không thể được sử dụng tiếp sau phản ứng đầu tiên.

Để giải quyết vấn đề trên, một nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Hokkaido (Nhật Bản) đã tìm cách tổng hợp chất xúc tác mới từ chính bã lignin nói trên. Họ đã sử dụng gỗ bạch đàn làm nguồn nguyên liệu sinh khối và là tiền chất cho chất xúc tác. Bột gỗ bạch đàn lấy từ thân cây có chứa chủ yếu là lignoxenluloza - hợp chất này bị oxi hóa trong không khí, tạo thành polyme thơm gọi là E-cacbon với tác dụng xúc tác quá trình thủy phân. Nhóm nghiên cứu cho biết, quá trình oxy hóa nói trên tạo ra các nhóm chức có hoạt tính cao, các nhóm này phản ứng tiếp để tạo thành polyme thơm. Tiếp theo, các nhà nghiên cứu bổ sung bột gỗ bạch đàn rồi tiến hành nghiền và thủy phân dưới tác dụng của E-cacbon, quá trình này sinh ra các hợp chất nhóm đường với hiệu suất cao, để lại bã là chất xúc tác rắn nhiễm dư lượng lignin. Cuối cùng, phản ứng oxy hóa trong không khí sẽ chuyển hóa hỗn hợp lignin-chất xúc tác thành chất xúc tác mới và chu trình lại bắt đầu từ đầu.

Do là chu trình khép kín, quá trình trên không cần sử dụng enzym đắt tiền và giảm lượng axit cần sử dụng. Vì vậy, nó có hiệu quả kinh tế cao hơn và có thể hoạt động trong các điều kiện khắc nghiệt hơn so với khi sử dụng enzym, nhờ đó quá trình chuyển hóa có thể diễn ra nhanh hơn và dễ dàng hơn.

George Huber, một chuyên gia về nhiên liệu sinh học lignoxeluloza tại Đại học Wisconsin (Mỹ) nhấn mạnh ý nghĩa của nghiên cứu trên, ông cho rằng các tiến bộ trong công nghệ thủy phân rất quan trọng vì chúng giúp các nhà khoa học phát triển những công nghệ khả thi về mặt kinh tế để sản xuất nhiên liệu sinh học và các hợp chất sinh hóa thế hệ hai.

Tuy nhiên, hệ thống trên làm cho chất xúc tác tích tụ sau mỗi lần sử dụng, nên nhóm nghiên cứu Nhật Bản đang tìm cách chuyển đổi lignin và phần xúc tác dư thừa thành các hợp chất có giá trị khác. Ngoài ra, họ cũng muốn phát triển một hệ thống phản ứng kiểu dòng chảy để nâng cao năng suất và nghiên cứu hoạt động xúc tác trong các phản ứng quy mô lớn.

Phạm Huệ

Theo ChemistryWorld, 11/2015

Sponsor links (Provided by VIEPortal.net - The web cloud services for enterprises)
Thiết kế web, Thiết kế website, Thiết kế website công ty, Dịch vụ thiết kế website, Dịch vụ thiết kế web tối ưu, Giải pháp portal cổng thông tin, Xây dựng website doanh nghiệp, Dịch vụ web bán hàng trực tuyến, Giải pháp thương mại điện tử, Phần mềm dịch vụ web, Phần mềm quản trị tác nghiệp nội bộ công ty,