Chemist foreslår ny måde at forbedre brændstofkvaliteten ved hjælp af mikrobølgebestråling

En kemiker fra RUDN University har fundet en miljøvenlig måde at opnå estere af levulinsyre, der bruges som brændstoftilsætningsstof til kemisk syntese. Sammen med kolleger fra Frankrig, Grækenland og Spanien, han opnåede disse estere fra furfuryl og alifatiske alkoholer og brugte aktivt kul som katalysator under mikrobølgeeksponering. Resultaterne blev offentliggjort i tidsskriftet Molekylær katalyse .

Levulinsyreestere anvendes som blødgøringsmidler. Disse er stoffer, der indføres i sammensætningen af ​​polymere materialer for at give eller øge elasticitet eller plasticitet. Den konventionelle måde at opnå disse estere på, ved direkte interaktion med alkoholer, anses for dyrt på grund af de høje omkostninger ved det originale stof, levulinsyre.

Der er en mere økonomisk mulighed:at erstatte den med furfurylalkohol, som dannes under forarbejdning af biomasse. Men denne metode kræver brug af katalysatorer indeholdende giftige metaller eller stærke syrer, som efterfølgende skal bortskaffes på en særlig måde. Professor Rafael Luque fra RUDN University og hans kolleger foreslog at bruge kommercielt tilgængeligt og miljøvenligt aktivt kul som katalysator. Imidlertid, det alene kan ikke give tilstrækkelig aktivitet, så kemikerne kombinerede katalyse af aktivt kul med mikrobølgeaktivering.

"Mikrobølger har interessante applikationer i industrien, men er ikke udbredt i den kemiske industri. Problemet er forbundet med mikrobølgernes lave permeabilitet, for hvilke kontinuerlige flowprocesser begynder at blive implementeret til sådanne applikationer og behov, siger Rafael Luque

Forskere tilføjede aktivt kul til reagenserne og placerede blandingen i en mikrobølgereaktor, hvor der hele tiden blev omrørt. Kvantitativ analyse af katalyseprodukterne blev udført ved hjælp af gaskromatografi, og det opnåede stof blev bestemt ved gaskromatografi-massespektrometri.

Det viste sig, at under optimale forhold, udbyttet af methylester var 78 procent på fem minutter, hvilket kan sammenlignes med brugen af ​​traditionelle metalholdige katalysatorer. Luque og hans kolleger opnåede også estere med ethyl, n-propyl, isopropyl, og n-butylalkoholer. Med disse stoffer, hvis furfurylalkohol blev brugt og brugt helt op, udbyttet af estere var lavere, end når der blev anvendt methylalkohol. Men kemikerne foreslår, at disse reaktioner også kan forbedres for at opnå optimale produktudbytter.

Den foreslåede metode åbner mulighed for at opnå værdifulde organiske stoffer ved hjælp af en "grøn kemi"-tilgang fra biomasseforarbejdningsprodukter, og har et potentiale for industriel anvendelse, fordi det bruger aktivt kul som katalysator, som er billig og kommercielt tilgængelig i store mængder.

For bedre at forstå reaktionsmekanismen af ​​furfurylalkohol med alkoholer i dannelsen af ​​estere, kemikerne forsøgte at påvise mellemforbindelser ved gaskromatografi-massespektrometri. Men resultaterne tyder på, at reaktionsmekanismen er mere kompleks end forventet.