Lignin là một trong những polyme hữu cơ phổ biến nhất trên Trái Đất, chiếm khoảng 20% đến 30% khối lượng khô của gỗ và các loại thực vật khác.
Tín dụng: ACS Sustainable Chemistry & Engineering (2024). DOI: 10.1021/acssuschemeng.4c03590
Mặc dù có nhiều như vậy, cấu trúc phức tạp của lignin đã thách thức các nhà nghiên cứu trong việc phân tách nó thành các thành phần hữu ích có thể được sử dụng trong sản xuất bền vững các hóa chất, nhựa và nhiên liệu. Do đó, lignin thường bị loại bỏ như chất thải trong quá trình sản xuất giấy và các sản phẩm có nguồn gốc thực vật khác.
Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Georgia đã phát triển một phương pháp có thể chuyển đổi lignin thành các hóa chất có giá trị hiệu quả hơn bao giờ hết.
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng một phương pháp được gọi là xúc tác cơ học, sử dụng các lực vật lý, chẳng hạn như rung động hoặc quay, trong máy nghiền bi để thúc đẩy phản ứng hóa học mà không cần dung môi, nhiệt hoặc áp suất cao. Nghiên cứu của họ được công bố trên tạp chí ACS Sustainable Chemistry & Engineering.
Carsten Sievers, giáo sư tại Khoa Kỹ thuật Hóa học và Sinh học phân tử của Viện Công nghệ Georgia, giải thích rằng bước đầu tiên trong nhà máy lọc sinh học lignin là quá trình khử trùng, phân hủy lignin thành các phân tử nhỏ.
Sievers cho biết: "Thật không may, nhiều quy trình khử trùng đòi hỏi phải sử dụng dung môi và việc tách sản phẩm khỏi dung môi, chất xúc tác và chất gây ô nhiễm có thể phức tạp, tốn nhiều năng lượng và để lại chất thải".
"Một cách để giảm nhu cầu thực hiện các bước tách này là thực hiện quá trình khử trùng lignin trong máy nghiền bi, tại đó va chạm với các bi thép tạo ra môi trường cho phép phản ứng ở trạng thái rắn mà không cần dung môi hoặc pha lỏng."
Sử dụng paladi trong quá trình
Sinh viên tốt nghiệp Erin Phillips (Hóa học), được đồng cố vấn bởi Giáo sư Sievers và Marta Hatzell, đã sử dụng chất xúc tác palladium để phá vỡ các liên kết bền của lignin. Các hạt palladium có khả năng đặc biệt là lưu trữ hydro, giúp các phản ứng hóa học hiệu quả hơn.
Các nhà nghiên cứu đã hợp tác với Eli Stavitski tại Phòng thí nghiệm quốc gia Brookhaven để sử dụng tia X synchrotron năng lượng cao nhằm xác thực giả thuyết cho rằng cách liên kết hydro này ngăn không cho hydro thoát khỏi vị trí va chạm của quả bóng nghiền.
Họ phát hiện ra rằng chất xúc tác palladium của họ có thể phá vỡ liên kết của hợp chất mô hình lignin nhanh hơn tới 300 lần so với chất xúc tác gốc niken trong cùng điều kiện phản ứng.
Phillips cho biết: "Sự gia tăng hiệu quả đáng kể này có nghĩa là quá trình này có thể sản xuất nhiều phenol và các hóa chất có giá trị khác trong thời gian ngắn hơn, khiến đây trở thành phương pháp đầy hứa hẹn để chuyển đổi sinh khối quy mô lớn".
Nhóm của Sievers trước đây đã chỉ ra rằng các hợp chất lignin có thể được chuyển đổi bằng hydro và chất xúc tác niken trong một phản ứng gọi là hydrooloysis. Nhưng thời gian cần thiết cho phản ứng đó vẫn còn chỗ để cải thiện, Hatzell nói thêm.
Các nhà nghiên cứu cho biết phương pháp tiếp cận mới của họ có thể mở đường cho các công nghệ mới khai thác tiềm năng chưa được khai thác của lignin và các nguồn sinh khối khác khi các ngành công nghiệp tìm kiếm các phương pháp bền vững và hiệu quả hơn để sản xuất hóa chất.
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
