Полностью лигноцеллюлоза

Jan 16, 2024

Nature Communications, том 13, номер статьи: 3376 (2022) Цитировать эту статью

7107 Доступов

13 цитат

19 Альтметрика

Подробности о метриках

Полиэтилентерефталат является одним из наиболее широко используемых полимеров, но также является значительным загрязнителем океанов. Из-за растущих экологических проблем альтернативы полиэтилентерефталату пользуются большим спросом. Здесь мы представляем легко перерабатываемые аналоги полиэтилентерефталата, полностью изготовленные из древесной биомассы. Центральное место в концепции занимает двухэтапная каталитическая последовательность, не содержащая благородных металлов (восстановительное каталитическое фракционирование, катализируемое Cu20-PMO, и каталитическое воронение, опосредованное Ni Ренея), которая позволяет получить один алифатический диол 4-(3-гидроксипропил)циклогексан-1-ол в высокий изолированный выход (11,7 мас.% в пересчете на лигнин), а также другие потоки продуктов, которые преобразуются в топливо, достигая общего выхода углерода 29,5%. Диол 4-(3-гидроксипропил)циклогексан-1-ол сополимеризуют с метиловыми эфирами терефталевой кислоты и фурандикарбоновой кислоты, оба из которых могут быть получены из остатков целлюлозы, с получением полиэфиров с конкурентоспособными молекулярной массой и термическими свойствами ( Tg 70–90 °С). Полимеры демонстрируют отличную химическую переработку в метанол и, таким образом, являются многообещающими кандидатами для экономики замкнутого цикла.

Полиэтилентерефталат (ПЭТ) с годовым объемом производства 70 миллионов тонн во всем мире является одним из наиболее широко используемых полимеров в мире, незаменимым для производства упаковочных материалов, одежды, волокон и одноразовых бутылок для напитков1,2. Однако, по оценкам, его накопление на свалках и в океанах на сегодняшний день достигает 530 миллионов тонн2, что приводит к почти катастрофическому загрязнению окружающей среды2,3,4. Более того, большая часть ПЭТ по-прежнему, как правило, производится из ископаемых ресурсов путем сополимеризации этиленгликоля (ЭГ) и терефталевой кислоты (ТФК)5.

Таким образом, существует огромный стимул для получения легко перерабатываемых6,7 или перерабатываемых8 полностью биологических альтернатив ПЭТ9,10 для реализации подходов экономики замкнутого цикла11,12,13,14,15. Это потребует разработки надежных каталитических методов и комплексных стратегий биопереработки16,17,18,19.

Хорошо известным новым промышленным подходом является замена TPA на основе бензина фурандикарбоновой кислотой (FDCA) из полученного из сахара 5-гидроксиметилфурфурола (5-HMF)20,21. Другие примеры лабораторного масштаба сосредоточены на путях получения EG22,23 и TPA из биомассы24,25,26,27. Мономеры, полученные из лигнина, такие как феруловая или сиринговая кислоты, были исследованы для получения ПЭТ, имитаторов ПЭТ и пластиков, армированных ПЭТ8,9,28,29 (рис. 1А). Бекхэм и его коллеги разработали разумный маршрут вторичной переработки, в котором ПЭТ был модифицирован EG и муконовой кислотой с получением ненасыщенного полиэстера, который подвергался сшивке для производства пластиков, армированных стекловолокном8.

Предыдущий представитель работал над производством ПЭТ на биологической основе, имитаторов ПЭТ и пластиков, армированных ПЭТ. B Наша комплексная стратегия биопереработки для производства полностью перерабатываемых аналогов ПЭТ и других ценных продуктов на основе лигноцеллюлозы за три ключевых этапа: (1) Восстановительное каталитическое фракционирование (RCF) лигноцеллюлозы на катализаторе Cu20-PMO с получением сырого лигнинного масла с содержанием 1 г и 1S, несущий первичную спиртовую функциональную группу; (2) Каталитическое направление смесей RCF, экстрагированных этилацетатом, в потоки диола ПК и других продуктов с использованием никеля Ренея/изопропанола, (3) Сополимеризация ПК с метиловыми эфирами FDCA и TPA с получением полиэфиров полностью биологического происхождения, пригодных для вторичной переработки ( ПК/TPA) и поли(PC/FDCA). Для сополимеризации необходима потенциальная доработка углеводных остатков, полученных при RCF одного и того же источника лигноцеллюлозы, до ароматических двухосновных кислот FDCA и TPA, в то время как любой избыток целлюлозы может быть преобразован в биоэтанол и/или этиленгликоль (ЭГ) (см. дополнительное примечание 1). Больше подробностей).

Восстановительное каталитическое фракционирование (RCF)30,31,32,33 продемонстрировало мощную стратегию получения высоких выходов ароматических мономеров из лигноцеллюлозы, которые можно преобразовать в различные полимерные строительные блоки, включая TPA24, а также другие, такие как 4-пропилциклогексанол34,35. , бисфенол 5,5-метиленбис(4-н-пропилгваякол)36 и 3,3'-этиленбис(4-н-пропилсирингол)37 для получения различных типов полимеров. Группа Эппа синтезировала высокоэффективные клеи из смесей 4-н-пропилсирингола и RCF38.