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大連化物所等發(fā)展生物質(zhì)發(fā)酵液轉(zhuǎn)化新策略

作者:宋檢 時(shí)間:2022-12-06 來源:互聯(lián)網(wǎng)

近日,中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所生物能源研究部研究員王峰團(tuán)隊(duì)與北京大學(xué)教授馬丁合作發(fā)展并報(bào)道了生物質(zhì)發(fā)酵液轉(zhuǎn)化的新策略,實(shí)現(xiàn)了ABE溶液(丙酮-丁醇-乙醇-水)的高效率、高選擇性制備化學(xué)品4-庚酮。相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然-通訊》(Nature Communications)上。

因其可再生性和環(huán)保性,生物質(zhì)能源的開發(fā)和應(yīng)用一直以來都是研究熱點(diǎn)之一。其中ABE發(fā)酵液以淀粉或纖維素為原料,經(jīng)丙酮丁醇梭菌發(fā)酵得到,是燃料和化學(xué)品的重要來源。目前,ABE發(fā)酵液一般濃度較低,濃縮過程不可避免的帶來高能耗等問題,限制其廣泛應(yīng)用。因此,ABE溶液理想的利用方式是不經(jīng)濃縮而直接轉(zhuǎn)化制備燃料或化學(xué)品。然而,對(duì)于生物質(zhì)的直接轉(zhuǎn)化而言,實(shí)現(xiàn)同時(shí)兼具高轉(zhuǎn)化效率和產(chǎn)物高選擇性仍面臨巨大挑戰(zhàn)。

近日,王峰團(tuán)隊(duì)采用錫摻雜的二氧化鈰催化劑實(shí)現(xiàn)了ABE水溶液的直接催化轉(zhuǎn)化,碳轉(zhuǎn)化率可達(dá)到70%,主要產(chǎn)物為4-庚酮,其選擇性高達(dá)86%。此外,在以往已報(bào)道的ABE轉(zhuǎn)化的催化體系中,人們普遍認(rèn)為水是催化劑的毒化劑,然而,在本工作的催化體系中,水卻參與反應(yīng),促使目標(biāo)產(chǎn)物4-庚酮的選擇性生成。該過程以ABE水溶液為原料,而產(chǎn)品4-庚酮為油相,因此僅通過傾倒和簡(jiǎn)單的蒸餾即可獲得95%純度的4-庚酮。

王峰長(zhǎng)期致力于鈰基材料多功能酸堿催化性質(zhì)的研究(J. Am. Chem. Soc. 2018, Angew. Chem. Int. Ed. 2018, ACS Catal. 2018, ACS Catal. 2016, J. Am. Chem. Soc. 2013),該工作將鈰基材料應(yīng)用拓展至復(fù)雜的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化體系,耦合生物發(fā)酵與化學(xué)催化過程,實(shí)現(xiàn)單一化學(xué)品的高選擇性制備,既具有科學(xué)研究意義,又具有潛在應(yīng)用前景。

該工作與馬丁合作完成。該研究得到中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃以及國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。此外,該文也是獻(xiàn)禮大連化物所七十周年所慶文章之一。

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