Преобразование биомассы в полезные ресурсы является темой научных исследований уже несколько десятилетий. Полисахариды биомассы, длинноцепочечные сложные сахара, которые повсеместно встречаются в природе, считаются одними из наиболее перспективных веществ для эффективной переработки, поскольку их можно превратить в простые сахара, которые, в свою очередь, могут быть использованы в пищевой промышленности, фармацевтике и химическом синтезе.
Гидролиз одна из наиболее эффективных химических реакций, в ходе которой длинноцепочечные сахара превращаются в простые сахара, обычно с использованием кислот в качестве катализаторов. Многие кислотные катализаторы находятся в газообразной или жидкой форме, однако твердые кислотные катализаторы, которые, как следует из названия, представляют собой кислоты в твердой форме, известны тем, что их можно перерабатывать, и поэтому они стали объектом пристального внимания исследователей.
Однако для эффективной реакции с твердыми кислотными катализаторами требуется высокая температура. Чтобы решить эту проблему, доцент Шунтаро Цубаки с сельскохозяйственного факультета Университета Кюсю и его команда исследовали возможность применения микроволновой проточной реакции для нагрева твердых катализаторов в процессе реакции.
Микроволны формируют локализованное высокотемпературное реакционное поле на твердом катализаторе, что может привести к повышению каталитической активности при сохранении более низкой температуры всей реакционной системы, объясняет Цубаки.
Кроме того, мы можем обеспечить непрерывный поток субстрата через реакционный сосуд, где микроволны воздействуют на катализатор, что приводит к более высокому выходу желаемого продукта.
В разработанном исследователями устройстве используется твердый кислотный катализатор, состоящий из сульфонированного углерода. Для тестирования системы в качестве модельного сахарного субстрата была использована целлобиоза, дисахарид. В устройстве раствор целлобиозы пропускался через катализатор из сульфонированного углерода, который нагревался до 100-140℃ с помощью микроволн.
Затем катализатор расщеплял целлобиозу путем гидролиза и получал моносахарид глюкозу.
Одним из ключевых факторов эффективности системы является возможность разделения электрического и магнитного полей микроволн.
Микроволны создают как электрическое, так и магнитное поле. Электрическое поле вызывает нагрев диполярных материалов, таких как вода. Именно оно нагревает пищу. Магнитное поле, с другой стороны, вызывает нагрев проводящих материалов, таких как металлы и углерод, говорит Цубаки.
В нашем устройстве мы смогли увеличить каталитическую активность, разделив два поля, затем используя электрическое поле для нагрева жидкого раствора целлобиозы и одновременно используя магнитное поле для нагрева катализатора.
Каталитические реакции с микроволновым ускорением применяются для различных химических реакций, включая органический синтез, переработку пластмасс и преобразование биомассы. Команда надеется, что по мере роста возобновляемых источников энергии химические производства, основанные на использовании электричества, такие как их система, помогут продвинуть промышленность к более экологичному будущему.
Мы ожидаем, что наша система поможет в разработке более устойчивого химического синтеза. Мы также хотели бы изучить возможности использования нашей методики для гидролиза других полисахаридов, а также белков для получения аминокислот и пептидов, заключает Цубаки.
Источник: https://innovanews.ru/…