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研究人员开发了可用于生产塑料产品的环保催化剂

日本研究人员推出了一种新化合物,该化合物可以加速糖衍生的5-羟甲基糠醛(HMF)的氧化,并将其转变为生物塑料的原料。该新型催化剂也是可持续的,因为它可以进一步降低当前用于创建大多数塑料和相关催化剂矿物燃料的依赖。

塑料的大多数原材料是用煤,天然气和石油制成的产品。这些化石资源最终将耗尽。另一方面,HMF是从植物中发现的有机糖合成的。氧化后,HMF变成5-呋喃二羧酸(FDCA)。反过来,FDCA可以进一步转化为呋喃甲酸聚乙烯酯,这是一种非常有用的生物聚酯,可用于制造可再生塑料产品。

催化剂是有助于氧化和其他化学反应的化合物。它提高了过程的效率,使其在广泛使用中可行且有利可图。可以在HMF上运行的大多数催化剂由贵金属组成。当然,这些材料是稀有的,因此很昂贵。因此,研究人员寻找了更便宜的替代品。(相关:有组织的清理工作真的可以拯救世界的海滩吗?)

纯二氧化锰可以改善生物塑料的生产

二氧化锰基催化剂被认为是廉价且有效的贵金属基催化剂的替代品。这些催化剂将二氧化锰与铜,铁和其他常见金属结合在一起。研究人员从东京工业大学试验了使用纯二氧化锰作为催化剂氧化。他们报告说可以做到,但前提是晶体必须以某种方式排列。

在使用计算机对该问题进行分析之后,研究人员得出的结论是,二氧化锰晶体的结构对于氧化催化剂的效率至关重要。他们基于HMF进行氧化的过程。在化学过程中,二氧化锰将特定数量的氧原子发送到HMF基板。催化剂开始将自身转变成其δ形式。

如果该反应在含氧环境中进行,则二氧化锰-δ将与空气中存在的氧发生反应。废催化剂将再次氧化成普通的二氧化锰,使其可以重复使用。像任何化学过程一样,这一系列的多次氧化反应也需要能量。成本取决于从晶格中除去氧分子所需的能量。反过来,产生这些“氧空位”的能量成本取决于晶体结构。

东京理工大学的研究人员报告说,活性氧位点显示出较低的空位形成能。这些站点可以使用较少的能量来创建氧空位。

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