VINACHEM

Các nhà khoa học tại Viện Công nghệ Tokyo (Nhật Bản) đã phát triển một loại xúc tác kiểu mới với giá thành hợp lý cho sản xuất nguyên liệu chất dẻo sinh học.

Tìm kiếm nguồn nguyên liệu sản xuất chất dẻo sinh học, thay thế cho chất dẻo sản xuất từ nguyên liệu dầu mỏ không thể tái tạo, đang là đề tài quan trọng trong nghiên cứu khoa học ngày nay. Một trong những nguyên liệu thay thế như vậy là 2,5-furandicarboxylic axit (FDCA), có thể được sử dụng để tạo ra polyetylen furanoate - một loại polyetylen sinh học với nhiều ứng dụng khác nhau.

FDCA có thể được sản xuất thông qua phản ứng oxy hóa 5-hydroxymethyl furfural (HMF) - một hợp chất được tổng hợp từ nguyên liệu sinh học xenluloza. Tuy nhiên, phản ứng oxy hóa này đòi hỏi phải có chất xúc tác để hỗ trợ các bước phản ứng trung gian.

Cho đến nay, nhiều chất xúc tác đã được nghiên cứu để sử dụng cho quá trình oxy hóa HMF, nhưng chúng đều có nhược điểm là có thành phần kim loại quý nên giá thành cao. Trong khi đó, một số nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng MnO₂ kết hợp với một số kim loại nhất định (như sắt và đồng) có thể được sử dụng để xúc tác phản ứng oxy hóa nói trên. Theo hướng nghiên cứu này, nhóm các nhà khoa học tại Viện Công nghệ Tokyo đã công bố một kết quả rất có ý nghĩa: Họ phát hiện có thể sử dụng trực tiếp MnO2 làm chất xúc tác với hiệu quả cao nếu tinh thể của nó có cấu trúc thích hợp.

Các nhà nghiên cứu Nhật Bản đã tìm cách xác định xem cấu trúc tinh thể nào của MnO₂ sẽ có hoạt tính xúc tác tốt nhất khi sản xuất FDCA. Họ tổng hợp các dạng tinh thể MnO₂ khác nhau, sau đó so sánh hiệu quả của chúng thông qua nhiều phân tích trên máy vi tính. Kết quả cho thấy, trong số các dạng tinh thể MnO2 thì b-MnO₂ có triển vọng cao nhất vì có các vị trí oxy hoạt tính trên mặt phẳng. Dạng tinh thể này không chỉ có năng lượng tạo thành lỗ trống thấp hơn, mà bản thân vật liệu còn rất ổn định ngay cả sau khi sử dụng cho phản ứng oxy hóa HMF.

Không dừng ở đó, các nhà nghiên cứu còn đề xuất phương pháp tổng hợp mới để thu được b-MnO₂ có độ tinh khiết cao và diện tích bề mặt lớn nhằm mục đích cải thiện hiệu suất của quá trình sản xuất FDCA. Họ cho biết, tổng hợp b-MnO₂ có diện tích bề mặt lớn là phương pháp rất có triển vọng để tiến hành oxy hóa HMF với hiệu suất cao.

Nghiên cứu tiếp theo về b-MnO₂ sẽ mở ra hướng mới để phát triển các chất xúc tác hiệu quả cao cho phản ứng oxy hóa các hợp chất dẫn xuất sinh khối, hỗ trợ xu hướng sản xuất chất dẻo sinh học.

HV

Theo ScienceDaily, 1/2019