Wat zijn de katalytische conversietechnologieën voor de bereiding van 5-Hydroxymethylfurfural (HMF)?

5-Hydroxymethylfurfural (HMF) is een hoogwaardige platformverbinding die wordt omgezet uit biomassasuikers op het grensgebied van groene chemie en biomassaconversie, en leidt een revolutie van hernieuwbare hulpbronnen naar fijnchemicaliën. Bij de bereiding van HMF is katalytische conversietechnologie de belangrijkste schakel, die de conversie-efficiëntie, productselectiviteit en productiekosten bepaalt. Hieronder zullen verschillende belangrijke katalytische conversietechnologieën die worden gebruikt bij de bereiding van HMF diepgaand worden besproken.

1. Zure katalysetechnologie
Zure katalyse is een van de meest klassieke en meest gebruikte methoden voor de bereiding van HMF. Door anorganische zuren (zoals zoutzuur, zwavelzuur) of organische zuren (zoals mierenzuur, azijnzuur) als katalysatoren te gebruiken, wordt de dehydratatiereactie van hexose (voornamelijk fructose) onder geschikte omstandigheden bevorderd om HMF te genereren. Deze methode is eenvoudig uit te voeren, maar er zijn problemen zoals corrosie van apparatuur, problemen bij het scheiden van producten en de behandeling van afvalvloeistoffen. De afgelopen jaren hebben vaste zure katalysatoren zoals sulfonzuurgefunctionaliseerde koolstofmaterialen, metaaloxiden, enz. geleidelijk de aandacht getrokken vanwege hun gemakkelijke terugwinning, herbruikbaarheid en milieuvriendelijkheid.

2. Alkalische katalysetechnologie
Anders dan zure katalyse, maakt alkalische katalysetechnologie gebruik van alkalische omstandigheden om de isomerisatie- en dehydratatiereactie van fructose te bevorderen om HMF te produceren. Deze methode heeft doorgaans een hoge conversiesnelheid en selectiviteit, maar de alkalische omgeving leidt gemakkelijk tot verdere afbraak van HMF en vermindert de productopbrengst. De ontwikkeling van efficiënte en stabiele alkalische katalysatoren en de optimalisatie van reactieomstandigheden zijn de onderzoeksfocus op dit gebied geworden.

3. Bifunctionele katalysetechnologie
Om de beperkingen van een enkele katalysator te overwinnen, hebben onderzoekers een bifunctionele katalytische strategie voorgesteld. Deze technologie integreert twee of meer actieve plaatsen met verschillende katalytische functies in dezelfde katalysator om een ​​éénpotsmethode te bereiken voor fructose-isomerisatie en dehydratatiereacties. Bifunctionele katalysatoren kunnen de opbrengst en selectiviteit van HMF verbeteren, de processtroom vereenvoudigen en de kosten verlagen. Sommige op metaaloxide gedragen zuur-base bifunctionele katalysatoren vertonen uitstekende prestaties bij de bereiding van HMF.

4. Biokatalysetechnologie
Biokatalysetechnologie heeft een groot potentieel getoond bij de bereiding van HMF met zijn milde reactieomstandigheden, hoge selectiviteit en milieuvriendelijkheid. Door micro-organismen of enzymen als katalysatoren te gebruiken, kan de omzetting van fructose in HMF bij kamertemperatuur en druk worden bereikt. De stabiliteit en reactiesnelheid van biokatalysatoren zijn echter nog steeds de belangrijkste knelpunten die hun industriële toepassing beperken. Momenteel werken onderzoekers aan de transformatie en optimalisatie van biokatalysatoren door middel van genetische manipulatie, eiwitmanipulatie en andere middelen.

Er zijn veel katalytische conversietechnologieën bij de bereiding van HMF, die elk hun unieke voordelen en uitdagingen hebben. Met de voortdurende vooruitgang en innovatie van wetenschap en technologie zullen in de toekomstige ontwikkeling efficiëntere, milieuvriendelijke en economische katalytische conversietechnologieën worden ontwikkeld, die de HMF-industrie naar een hoger niveau zullen tillen. Dit zal ook het effectieve gebruik en de duurzame ontwikkeling van biomassabronnen bevorderen, en meer groene en duurzame energie- en chemische oplossingen voor de menselijke samenleving opleveren.