Предложена эффективная технология получения молочной кислоты из глицерина
В Томском государственном университете (ТГУ) представили усовершенствованный катализатор для получения молочной кислоты из глицерина — дешевого отхода производства биотоплива. Новая разработка позволяет вдвое увеличить выход продукта из возобновляемого сырья.
Молочная кислота широко используется в пищевой, фармацевтической и химической отраслях, а также в производстве биоразлагаемых полимеров, в том числе для медицинских изделий — имплантов и расширителей сосудов.
Коллектив лаборатории каталитических исследований химического факультета ТГУ разработал способ экологичного и эффективного превращения глицерина в молочную кислоту. Это стало возможным благодаря замены ключевых компонентов катализатора. Ученые оптимизировали его состав, отвечающий за первую стадию — окисление глицерина, и «настроили» пористый носитель, с участием которого реализуются остальные стадии каскадного превращения промежуточных продуктов в конечный продукт — молочную кислоту.
«Создание катализаторов — это одна из самых интересных и востребованных областей современной химии. Подходы к проектированию каталитических композиций могут быть очень разнообразными. Мы применили «сборку» из двух разных по природе компонентов — биметаллических наночастиц и металлорганического каркаса с равномерно распределенными кислотными центрами, присутствие которых равнозначно необходимо в составе катализатора. Более того, нам удалось согласовать скорости отдельных стадий сложного каталитического процесса для достижения результата», — рассказала руководитель исследования, заведующей кафедрой физической и коллоидной химии ХФ ТГУ, доктор химических наук, профессор Ольга Водянкина.
Новый гибридный катализатор обеспечил конверсию глицерина в 55 % и селективность по молочной кислоте выросла до 75%. Это означает, что выход целевого продукта вырос более чем в два раза по сравнению с палладиевым предшественником. Катализатор показал себя стабильным: его, по словам ученых, можно использовать не менее пяти раз без потери активности, а драгоценные металлы практически не вымываются в процессе реакции.
«Мы предложили принципиальный путь к созданию эффективной каталитической системы, способной реализовать окислительное превращение глицерина в молочную кислоту. Дальнейшее повышение эффективности возможно путем оптимизации условий каталитического процесса и создания перспективного для промышленности катализатора в виде гранул или таблеток», — отметила Ольга Водянкина.
Ранее химики ТГУ первыми в мире доказали саму возможность проведения этой сложной каскадной реакции без добавления щелочи, используя катализатор на основе палладия, висмута и пористого металлорганического каркаса. Та гибридная система стала первым прототипом, подтвердившим выбранное направление поиска каталитической системы. Однако эффективность процесса оставалась относительно невысокой: из общего объема глицерина в реакцию вступало лишь 19 %, а в молочную кислоту из этого глицерина превращалось 58 % — остальная доля конвертировалась в побочные продукты.
По оценке исследователей, работа имеет не только прикладное, но и фундаментальное значение. Понимание связи «структура — свойство» в каталитической химии позволяет приблизиться к созданию природоподобных катализаторов, действующих по принципу ферментов в живых организмах.
Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда.
Источник: Пресс -служба Минобрнауки России