Hvad er de katalytiske omdannelsesteknologier til fremstilling af 5-Hydroxymethylfurfural (HMF)?

5-Hydroxymethylfurfural (HMF) er en højværdi platformsforbindelse omdannet fra biomassesukker i grænseområdet for grøn kemi og biomasseomdannelse og fører en revolution fra vedvarende ressourcer til finkemikalier. Ved fremstillingen af ​​HMF er katalytisk konverteringsteknologi kerneleddet, som bestemmer konverteringseffektiviteten, produktselektiviteten og produktionsomkostningerne. Det følgende vil i dybden diskutere flere vigtige katalytiske konverteringsteknologier, der anvendes til fremstilling af HMF.

1. Syrekatalyseteknologi
Syrekatalyse er en af ​​de mest klassiske og udbredte metoder til fremstilling af HMF. Ved at bruge uorganiske syrer (såsom saltsyre, svovlsyre) eller organiske syrer (såsom myresyre, eddikesyre) som katalysatorer fremmes dehydreringsreaktionen af ​​hexose (hovedsagelig fructose) under passende betingelser for at generere HMF. Denne metode er enkel at betjene, men der er problemer som udstyrskorrosion, vanskeligheder med produktadskillelse og behandling af affaldsvæske. I de senere år har faste syrekatalysatorer såsom sulfonsyrefunktionaliserede kulstofmaterialer, metaloxider osv. gradvist tiltrukket sig opmærksomhed på grund af deres lette genvinding, genanvendelighed og miljøvenlighed.

2. Alkalisk katalyseteknologi
Forskellig fra syrekatalyse bruger alkalisk katalyseteknologi alkaliske forhold til at fremme isomeriserings- og dehydreringsreaktionen af ​​fructose til fremstilling af HMF. Denne metode har normalt en høj konverteringsrate og selektivitet, men det alkaliske miljø fører let til yderligere nedbrydning af HMF og reducerer produktudbyttet. Udviklingen af ​​effektive og stabile alkaliske katalysatorer og optimering af reaktionsbetingelser er blevet forskningsfokus på dette område.

3. Bifunktionel katalyseteknologi
For at overvinde begrænsningerne ved en enkelt katalysator har forskere foreslået en bifunktionel katalytisk strategi. Denne teknologi integrerer to eller flere aktive steder med forskellige katalytiske funktioner i den samme katalysator for at opnå en one-pot-metode til fructose-isomerisering og dehydreringsreaktioner. Bifunktionelle katalysatorer kan forbedre udbyttet og selektiviteten af ​​HMF, forenkle procesflowet og reducere omkostningerne. Nogle metaloxid-understøttede syre-base bifunktionelle katalysatorer viser fremragende ydeevne ved fremstilling af HMF.

4. Biokatalyseteknologi
Biokatalyseteknologi har vist et stort potentiale i fremstillingen af ​​HMF med dets milde reaktionsbetingelser, høje selektivitet og miljøvenlighed. Ved at bruge mikroorganismer eller enzymer som katalysatorer kan omdannelsen af ​​fructose til HMF opnås ved stuetemperatur og -tryk. Imidlertid er stabiliteten og reaktionshastigheden af ​​biokatalysatorer stadig de vigtigste flaskehalse, der begrænser deres industrielle anvendelse. På nuværende tidspunkt arbejder forskere på transformation og optimering af biokatalysatorer gennem genteknologi, proteinteknologi og andre midler.

Der er mange katalytiske konverteringsteknologier i HMF-præparation, som hver især har sine unikke fordele og udfordringer. Med videnskabens og teknologiens fortsatte fremskridt og innovation vil der i den fremtidige udvikling blive udviklet mere effektive, miljøvenlige og økonomiske katalytiske konverteringsteknologier, som vil fremme HMF-industrien til et højere niveau. Dette vil også fremme effektiv udnyttelse og bæredygtig udvikling af biomasseressourcer og bringe mere grøn og bæredygtig energi og kemiske løsninger til det menneskelige samfund.