Các nhà nghiên cứu sử dụng ánh sáng để chuyển đổi lignin dồi dào thành nhựa có thể tái chế liên tục
Sơ đồ minh họa các chiến lược khác nhau để xử lý lignocellulose. (a) Hai tuyến công nghiệp chế biến bột gỗ là công nghiệp bột giấy hoặc công nghiệp dầu lignin. (b) Các cơ chế truyền nguyên tử hydro để phá vỡ mô-đun β-O-4, có nhiều trong lignin tự nhiên. ( c ) Tổng quan về chiến lược của chúng tôi để khử lignin tự nhiên trước tiên và sau đó tái polyme hóa các oligome thu được bằng cách sử dụng các liên kết ngang cộng hóa trị động. Ảnh: ACS Central Science (2022). DOI: 10.1021/acscentsci.2c01257
Lignin được cho là thành phần phong phú nhất của sinh khối mà hầu hết mọi người chưa bao giờ nghe nói đến. Đã đến lúc phải thay đổi.
Nhiều người đã quen thuộc với người anh em sinh hóa của nó là cellulose, một sản phẩm phụ của quá trình xay xát giấy và gỗ. Nhưng các chuyên gia trong ngành ước tính rằng các quy trình tương tự tạo ra 50 triệu tấn lignin hàng năm. Sau khi chưng cất, 98 phần trăm chất lỏng màu mực được đốt cháy để sản xuất điện.
Các nhà khoa học đã và đang nghiên cứu để tìm ra các phương pháp hiệu quả và bền vững hơn nhằm biến đổi loại polyme tự nhiên này để sử dụng như một khối xây dựng xanh và sạch hơn nhằm phát triển các vật liệu thế hệ tiếp theo.
Các nhà hóa học của Đại học Boston đã phát triển một phương pháp sử dụng ánh sáng để biến lignin thành nhựa bền vững, nhóm nghiên cứu đã báo cáo gần đây trên tạp chí Khoa học Trung tâm ACS.
"Chúng tôi đã phát triển một chất xúc tác có thể phá vỡ có chọn lọc các liên kết hóa học cụ thể trong lignin khi nó tiếp xúc với ánh sáng, sao cho lignin được chuyển đổi thành các phân tử có kích thước trung bình, hòa tan được gọi là oligomers," Trợ lý Giáo sư Hóa học của Đại học Boston, Jia Niu, cho biết. đồng tác giả của nghiên cứu.
Sau đó, nhóm nghiên cứu đã chuyển đổi oligome thành nhựa bền vững bằng cách phản ứng với một loại keo phân tử gọi là chất liên kết ngang, theo báo cáo. Do cấu trúc hóa học độc đáo của oligome do chất xúc tác tạo ra, nhựa được tạo ra theo cách này có thể được phân hủy về mặt hóa học thành oligome và được tái tạo từ oligome và chất liên kết ngang.
Đồng tác giả báo cáo Dunwei Wang, Margaret A. của Đại học Boston và Chủ tịch Thomas A. Vanderslice về Hóa học cho biết, những phát hiện này thúc đẩy một chiến lược tiềm năng cho hệ thống sản xuất và tái sử dụng polyme không chất thải được gọi là nền kinh tế nhựa tuần hoàn.
Wang cho biết: "Việc chuyển đổi từ dầu mỏ sang sinh khối làm nguyên liệu cho sản xuất năng lượng và vật liệu có thể giúp giải quyết một số thách thức quan trọng nhất mà xã hội chúng ta đang phải đối mặt, chẳng hạn như biến đổi khí hậu và ô nhiễm nhựa". "Các phương pháp mới có thể tạo ra các vật liệu cao cấp từ lignin sẽ cải thiện đáng kể hiệu quả sử dụng sinh khối."
Wang và Niu, những người cùng quan tâm đến việc tạo ra các vật liệu bền vững, đã tham gia dự án dựa trên kiến thức chuyên môn của Wang về việc sử dụng xúc tác quang để thúc đẩy quá trình biến đổi hóa học và công việc của Niu trong việc tạo ra các polyme có thể tái chế.
Wang cho biết: “Điều ngạc nhiên thú vị là mức độ kiểm soát mà chúng tôi có thể thực hiện trong việc phân hủy lignin, một loại polymer sinh học nổi tiếng là khó phân hủy. "Mức độ kiểm soát như vậy mở đường cho các ứng dụng xuôi dòng."
Nhóm nghiên cứu đặt mục tiêu phát triển hơn nữa phương pháp mới chuyển đổi lignin thành nhựa bền vững có thể dễ dàng tái chế thông qua các phương pháp hóa học.
