Датские ученые разработали неорганический катализатор, позволяющий получать сырье для химической продукции переработкой растительной биомассы

Москва. Датские ученые разработали неорганический катализатор, который позволит получать сырье для химической продукции с помощью переработки растительной биомассы без применения ископаемых углеводородов. Это откроет новые возможности для получения биоразлагаемых полимеров, экологически безопасных растворителей и другой химической продукции.
Биоразлагаемые полимеры можно получать с помощью молочной кислоты - химического соединения, которое есть в квашеной капусте. Оно образуется при действии биологических катализаторов (ферментов) на углеводы, содержащиеся в растительной биомассе в ряде промышленных и сельскохозяйственных процессов. Особое значение этот простой химический прекрурсор (исходный компонент) приобрел в последнее время, так как с его помощью можно получать полилактид - полимер молочной кислоты, легко разлагаемый бактериями, а потому безвредный для экологии.
Прежде индустрия подобных полимеров развивалась слабо, потому что молочную кислоту из исходного сырья - растительных углеводов - получали с помощью микроорганизмов и вырабатываемых ими ферментов. Такой процесс идет медленно, он требует очень строгого поддержания условий, а также значительных материальных затрат и технологических усилий по отделению и очистке конечного продукта от других продуктов метаболизма микробов, передает РИА Новости. Группа ученых во главе с Эсбеном Таарнингом (Esben Taarning) из Технологического университета Дании выяснила, что для этих же целей можно использовать и довольно простой неорганический катализатор на основе так называемых цеолитов - неорганических веществ на основе кремния и алюминия (алюмосиликатов), обладающих каркасной кристаллической решеткой с относительно большими пустотами в этих каркасах, где могут протекать специфические химические реакции.
Подобные цеолиты уже не первое десятилетие активно используются в самых разных химических производствах и авторам публикации было известно, что они могут превращать простые сахара с тремя атомами углерода в цепи в молочную кислоту и ее производные. Достигается подобная реакция за счет содержащихся в пустотах в большом количестве специфических функциональных групп с так называемой бренстедовской кислотностью (способных отдавать в реакции с другими соединениями протоны Н+). В то же время в реакции с более сложными сахарами - глюкозой, фруктозой и сахарозой, основным типом углеводного сырья, эта реакция протекала по-другому, с разложением молекул до нецелевых продуктов.
Авторы исследования сумели изменить кислотные свойства цеолитов, заменив бренстедовские сильные кислотные центры в их пустотах на слабые льюисовские. Эти центры не отдают активных частиц протонов в реакциях за счет того, что алюминий в таких цеолитах заменен атомами олова, циркония или титана.
"В результате при взаимодействии с молекулами углеводов происходит так называемая обратная альдольная реакция с образованием двух трехуглеродных молекул углеводов, которые затем превращаются (изомеризуются) в молочную килосту", - сообщил Таарнинг интернет-изданию Chemistry World.
"Это очень простой процесс, мы загружаем метанол, сахар и катализатор в автоклав - грубо говоря, большую скороварку, а после завершения реакции твердый катализатор отделяется от жидкой реакционной смеси, тогда как читый метиловый эфир молочной кислоты, образовавшийся в ходе процесса, отделяется дистилляцией", - сказал ученый.
По словам авторов исследования, разработанный ими катализатор может использоваться до шести раз подряд, после чего его необходимо отчистить от "налипших" на стенки пор побочных продуктов. Их выжигают высокой температурой, и вещество снова готово к работе.