Vilka är de katalytiska omvandlingsteknikerna för framställning av 5-hydroximetylfurfural (HMF)?

5-hydroximetylfurfural (HMF) är en högvärdig plattformsförening omvandlad från biomassasocker inom gränsområdet för grön kemi och biomassaomvandling, och leder en revolution från förnybara resurser till finkemikalier. Vid framställningen av HMF är katalytisk omvandlingsteknik kärnlänken, som bestämmer omvandlingseffektiviteten, produktselektiviteten och produktionskostnaden. Följande kommer att diskutera på djupet flera viktiga katalytiska omvandlingsteknologier som används vid framställningen av HMF.

1. Syrakatalysteknik
Syrakatalys är en av de mest klassiska och mest använda metoderna för framställning av HMF. Genom att använda oorganiska syror (såsom saltsyra, svavelsyra) eller organiska syror (såsom myrsyra, ättiksyra) som katalysatorer främjas dehydreringsreaktionen av hexos (huvudsakligen fruktos) under lämpliga förhållanden för att generera HMF. Denna metod är enkel att använda, men det finns problem som utrustningens korrosion, svårigheter att separera produkter och behandling av avfallsvätska. På senare år har fasta sura katalysatorer såsom sulfonsyrafunktionaliserade kolmaterial, metalloxider etc. gradvis uppmärksammats på grund av deras enkla återvinning, återanvändbarhet och miljövänlighet.

2. Alkalisk katalysteknik
Till skillnad från sur katalys använder alkalisk katalysteknik alkaliska betingelser för att främja isomeriserings- och dehydreringsreaktionen av fruktos för att producera HMF. Denna metod har vanligtvis en hög omvandlingshastighet och selektivitet, men den alkaliska miljön leder lätt till ytterligare nedbrytning av HMF och minskar produktutbytet. Utveckling av effektiva och stabila alkaliska katalysatorer och optimering av reaktionsbetingelser har blivit forskningsfokus inom detta område.

3. Bifunktionell katalysteknik
För att övervinna begränsningarna hos en enda katalysator har forskare föreslagit en bifunktionell katalytisk strategi. Denna teknologi integrerar två eller flera aktiva ställen med olika katalytiska funktioner i samma katalysator för att uppnå en enkärlsmetod för fruktosisomerisering och dehydreringsreaktioner. Bifunktionella katalysatorer kan förbättra utbytet och selektiviteten av HMF, förenkla processflödet och minska kostnaderna. Vissa metalloxid-stödda syra-bas bifunktionella katalysatorer visar utmärkta prestanda vid framställning av HMF.

4. Biokatalysteknik
Biokatalysteknologi har visat stor potential vid framställning av HMF med dess milda reaktionsförhållanden, höga selektivitet och miljövänlighet. Genom att använda mikroorganismer eller enzymer som katalysatorer kan omvandlingen av fruktos till HMF uppnås vid rumstemperatur och tryck. Stabiliteten och reaktionshastigheten för biokatalysatorer är dock fortfarande de huvudsakliga flaskhalsarna som begränsar deras industriella tillämpning. För närvarande arbetar forskare med omvandling och optimering av biokatalysatorer genom genteknik, proteinteknik och andra metoder.

Det finns många katalytiska omvandlingsteknologier i HMF-beredning, som var och en har sina unika fördelar och utmaningar. Med ständiga framsteg och innovationer inom vetenskap och teknik kommer effektivare, miljövänligare och ekonomiska katalytiska omvandlingsteknologier att utvecklas i den framtida utvecklingen, vilket kommer att främja HMF-industrin till en högre nivå. Detta kommer också att främja ett effektivt utnyttjande och hållbar utveckling av biomassaresurser, och ge mer grön och hållbar energi och kemiska lösningar till det mänskliga samhället.