Какие существуют технологии каталитической конверсии получения 5-гидроксиметилфурфурола (ГМФ)?

5-Гидроксиметилфурфурол (ГМФ) представляет собой ценное соединение-платформу, полученное из сахаров биомассы в передовой области зеленой химии и переработки биомассы, и возглавляет революцию от возобновляемых ресурсов к тонкой химии. При получении ГМФ технология каталитической конверсии является основным звеном, определяющим эффективность конверсии, селективность продукта и себестоимость продукции. Ниже будут подробно обсуждены некоторые основные технологии каталитической конверсии, используемые при получении HMF.

1. Технология кислотного катализа.
Кислотный катализ — один из наиболее классических и широко используемых методов получения ГМФ. При использовании неорганических кислот (таких как соляная кислота, серная кислота) или органических кислот (таких как муравьиная кислота, уксусная кислота) в качестве катализаторов реакция дегидратации гексозы (в основном фруктозы) стимулируется в соответствующих условиях с образованием HMF. Этот метод прост в эксплуатации, но существуют такие проблемы, как коррозия оборудования, сложность разделения продуктов и очистки сточных вод. В последние годы твердокислотные катализаторы, такие как углеродные материалы, функционализированные сульфоновой кислотой, оксиды металлов и т. д., постепенно привлекли внимание из-за их легкого восстановления, возможности повторного использования и экологичности.

2. Технология щелочного катализа.
В отличие от кислотного катализа, технология щелочного катализа использует щелочные условия для ускорения реакции изомеризации и дегидратации фруктозы с образованием HMF. Этот метод обычно имеет высокую скорость конверсии и селективность, однако щелочная среда легко приводит к дальнейшей деградации ГМФ и снижает выход продукта. Разработка эффективных и стабильных щелочных катализаторов и оптимизация условий реакции стали фокусом исследований в этой области.

3. Технология бифункционального катализа.
Чтобы преодолеть ограничения одного катализатора, исследователи предложили бифункциональную каталитическую стратегию. Эта технология объединяет два или более активных центра с разными каталитическими функциями в один и тот же катализатор, чтобы обеспечить единый метод реакций изомеризации и дегидратации фруктозы. Бифункциональные катализаторы могут повысить выход и селективность HMF, упростить технологический процесс и снизить затраты. Некоторые бифункциональные кислотно-основные катализаторы на носителе из оксидов металлов демонстрируют превосходные характеристики при получении HMF.

4. Технология биокатализа.
Технология биокатализа показала большой потенциал в получении HMF благодаря мягким условиям реакции, высокой селективности и экологичности. Используя микроорганизмы или ферменты в качестве катализаторов, превращение фруктозы в HMF может быть достигнуто при комнатной температуре и давлении. Однако стабильность и скорость реакции биокатализаторов по-прежнему остаются основными узкими местами, ограничивающими их промышленное применение. В настоящее время исследователи работают над трансформацией и оптимизацией биокатализаторов с помощью генной инженерии, белковой инженерии и других средств.

Существует множество технологий каталитической конверсии при получении ГМФ, каждая из которых имеет свои уникальные преимущества и проблемы. Благодаря постоянному прогрессу и инновациям науки и техники в будущем будут разрабатываться более эффективные, экологически чистые и экономичные технологии каталитической конверсии, что поднимет индустрию HMF на более высокий уровень. Это также будет способствовать эффективному использованию и устойчивому развитию ресурсов биомассы, а также принесет человеческому обществу больше экологически чистых и устойчивых энергетических и химических решений.