Viime vuosina fossiilisten resurssien kasvavan pulan ja ihmisten elinympäristön heikkenemisen myötä uusiutuvien luonnonvarojen, kuten biomassan, tehokas ja kestävä käyttö on noussut tutkimuksen ja tutkijoiden huomion kohteeksi ympäri maailmaa. Muurahaishapolla, joka on yksi tärkeimmistä biojalostuksen sivutuotteista, on halpa ja helposti hankittava, myrkytön, korkea energiatiheys, uusiutuva ja hajoava jne. ominaisuudet. Sen soveltaminen uuteen energiankäyttöön ja kemialliseen muuntamiseen ei ainoastaan auta laajentaa muurahaishapon sovellusaluetta entisestään, mutta auttaa myös ratkaisemaan joitain yleisiä pullonkauloja tulevaisuuden biojalostusteknologiassa. Tässä artikkelissa tarkastellaan lyhyesti muurahaishapon käytön tutkimushistoriaa, tiivistettiin viimeisimmät muurahaishapon tutkimuksen edistysaskeleet tehokkaana ja monikäyttöisenä reagenssina ja raaka-aineena biomassan kemiallisessa synteesissä ja katalyyttisessä konversiossa sekä verrattiin ja analysoitiin perusperiaatetta ja katalyyttijärjestelmää. muurahaishappoaktivoinnin käyttäminen tehokkaan kemiallisen konversion saavuttamiseksi. Todetaan, että tulevassa tutkimuksessa tulisi keskittyä muurahaishapon käyttötehokkuuden parantamiseen ja korkean selektiivisyyden synteesin toteuttamiseen ja tältä pohjalta edelleen laajentaa sen sovellusaluetta.
Kemiallisessa synteesissä muurahaishappoa voidaan käyttää ympäristöystävällisenä ja uusiutuvana monifunktionaalisena reagenssina eri funktionaalisten ryhmien selektiivisessä konversioprosessissa. Vedynsiirtoreagenssina tai korkean vetypitoisuuden omaavana pelkistimenä muurahaishapon etuna on yksinkertainen ja hallittavissa oleva toiminta, miedot olosuhteet ja hyvä kemiallinen selektiivisyys perinteiseen vetyyn verrattuna. Sitä käytetään laajalti aldehydien, nitro-, imiinien, nitriilien, alkyynien, alkeenien ja niin edelleen selektiivisessä pelkistämisessä vastaavien alkoholien, amiinien, alkeenien ja alkaanien valmistamiseksi. Ja alkoholien ja epoksidien hydrolyysi ja funktionaalisten ryhmien suojauksen poisto. Ottaen huomioon, että muurahaishappoa voidaan käyttää myös C1-raaka-aineena keskeisenä monikäyttöisenä emäksisenä reagenssina, muurahaishappoa voidaan käyttää myös kinoliinijohdannaisten pelkistykseen, amiiniyhdisteiden formylaatioon ja metylaatioon, olefiinien karbonylointiin. ja alkyynien pelkistyshydraation ja muiden monivaiheisten tandemreaktioiden, mikä on tärkeä tapa saavuttaa tehokas ja yksinkertainen vihreä synteesi hienoista ja monimutkaisista orgaanisista aineista molekyylejä. Tällaisten prosessien haasteena on löytää monitoimisia katalyyttejä, joilla on korkea selektiivisyys ja aktiivisuus muurahaishapon ja spesifisten funktionaalisten ryhmien kontrolloituun aktivointiin. Lisäksi viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että muurahaishapon käyttäminen C1-raaka-aineena voi myös syntetisoida suoraan bulkkikemikaaleja, kuten metanolia, korkealla selektiivisyydellä katalyyttisen disproportioreaktion kautta.
Biomassan katalyyttisessä konversiossa muurahaishapon monifunktionaaliset ominaisuudet tarjoavat mahdollisuuksia vihreiden, turvallisten ja kustannustehokkaiden biojalostusprosessien toteuttamiseen. Biomassavarat ovat suurimmat ja lupaavimmat kestävät vaihtoehtoiset resurssit, mutta niiden muuntaminen käyttökelpoisiksi luonnonvaramuodoiksi on edelleen haaste. Muurahaishapon happo- ja hyviä liuotinominaisuuksia voidaan soveltaa biomassaraaka-aineiden esikäsittelyprosessissa lignoselluloosakomponenttien erottamisen ja selluloosan uuttamisen toteuttamiseksi. Perinteiseen epäorgaanisen hapon esikäsittelyjärjestelmään verrattuna sen etuna on alhainen kiehumispiste, helppo erottaminen, epäorgaanisten ionien lisääminen ja vahva yhteensopivuus myöhempien reaktioiden kanssa. Tehokkaana vedyn lähteenä muurahaishappoa on tutkittu ja käytetty laajasti myös biomassaalustayhdisteiden katalyyttisen konversion valinnassa korkean lisäarvon kemikaaleiksi, ligniinin hajoamiseen aromaattisiksi yhdisteiksi sekä bioöljyn hydrodeoksidaatioprosessissa. Perinteiseen H2:sta riippuvaiseen hydrausprosessiin verrattuna muurahaishapolla on korkea konversiotehokkuus ja lievät reaktio-olosuhteet. Se on yksinkertainen ja turvallinen, ja se voi tehokkaasti vähentää fossiilisten resurssien materiaali- ja energiankulutusta siihen liittyvässä biojalostusprosessissa. Viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että depolymeroimalla hapetettua ligniiniä muurahaishapon vesiliuoksessa miedoissa olosuhteissa voidaan saada pienimolekyylipainoinen aromaattinen liuos, jonka painosuhde on suurempi kuin 60 %. Tämä innovatiivinen löytö tuo uusia mahdollisuuksia arvokkaiden aromaattisten kemikaalien suoraan uuttamiseen ligniinistä.
Yhteenvetona voidaan todeta, että biopohjaisella muurahaishapolla on suuri potentiaali vihreässä orgaanisessa synteesissä ja biomassan konversiossa, ja sen monipuolisuus ja monikäyttöisyys ovat olennaisia raaka-aineiden tehokkaan hyödyntämisen ja kohdetuotteiden korkean selektiivisyyden saavuttamiseksi. Tällä hetkellä alalla on saavutettu joitakin saavutuksia ja sitä on kehitetty nopeasti, mutta varsinaiseen teolliseen sovellukseen on vielä huomattava etäisyys, ja lisätutkimusta tarvitaan. Tulevassa tutkimuksessa tulisi keskittyä seuraaviin näkökohtiin: (1) kuinka valita sopivia katalyyttisesti aktiivisia metalleja ja reaktiojärjestelmiä tiettyihin reaktioihin; (2) kuinka muurahaishappoa aktivoidaan tehokkaasti ja kontrolloidusti muiden raaka-aineiden ja reagenssien läsnä ollessa; (3) Kuinka ymmärtää monimutkaisten reaktioiden reaktiomekanismi molekyylitasolta; (4) Kuinka stabiloida vastaava katalyytti kyseisessä prosessissa. Tulevaisuuteen katsoen perustuen modernin yhteiskunnan ympäristön, talouden ja kestävän kehityksen tarpeisiin muurahaishappokemia saa yhä enemmän huomiota ja tutkimusta teollisuudelta ja tiedemaailmalta.
Postitusaika: 19.12.2024