Istraživači sa Univerziteta Kjušu razvili su uređaj koji kombinuje reakciju katalizatora i mikrotalasnog toka za efikasno pretvaranje složenih polisaharida u jednostavne monosaharide. Uređaj koristi proces hidrolize kontinuiranog protoka, gde se celobioza — disaharid napravljen od dva molekula glukoze — propušta kroz sulfonirani ugljenični katalizator koji se zagreva pomoću mikrotalasa. Sledeća hemijska reakcija razlaže celobiozu u glukozu. Njihovi rezultati su objavljeni u časopisu ACS Sustainable Chemistri & Engineering.
Pretvaranje biomase u korisne resurse decenijama je tema naučnih istraživanja. Polisaharidi biomase, dugolančani složeni šećeri koji su sveprisutni u prirodi, smatraju se jednom od najperspektivnijih supstanci za efikasnu konverziju jer se mogu pretvoriti u jednostavne šećere koji se, zauzvrat, mogu koristiti u hrani, farmaceutskim i hemijskim proizvodima. sinteza.
Hidroliza je jedna od efikasnijih hemijskih reakcija koje pretvaraju dugolančane šećere u jednostavne šećere, obično koristeći kiseline kao katalizatore. Dok su mnogi kiseli katalizatori u gasovitom ili tečnom obliku, za katalizatore čvrste kiseline – što je, kako reč opisuje, kiselina u čvrstom obliku – poznato je da se više mogu reciklirati i stoga su bili tačka fokusa istraživača.
Međutim, čvrsti kiseli katalizatori zahtevaju visoke temperature da bi efikasno reagovali. Da bi se ovo prevazišlo, vanredni profesor Šuntaro Cubaki sa Poljoprivrednog fakulteta Univerziteta Kjušu i njegov tim istraživali su primenu reakcija mikrotalasnog toka za zagrevanje čvrstih katalizatora tokom procesa reakcije.
„Mikrotalasi formiraju lokalizovano visokotemperaturno reakciono polje na čvrstom katalizatoru, što može dovesti do veće katalitičke aktivnosti uz održavanje celokupnog reakcionog sistema na nižoj temperaturi“, objašnjava Cubaki. „Pored toga, možemo imati da supstrat kontinuirano teče kroz reakcioni sud gde se mikrotalasi primenjuju na katalizator, što rezultira većim prinosima željenog proizvoda.“
Uređaj koji su istraživači razvili koristio je čvrsti kiseli katalizator sastavljen od sulfoniranog ugljenika. Celobioza, disaharid, korišćena je kao model supstrata šećera za testiranje sistema. U njihovom uređaju, rastvor celobioze bi bio propušten kroz sulfonirani ugljenični katalizator koji je zagrejan do 100–140 ℃ pomoću mikrotalasnih pećnica. Katalizator bi zatim hidrolizom razbio celobiozu i proizveo monosaharid glukozu.
Jedan od ključeva efikasnosti sistema je njegova sposobnost da odvoji električna i magnetna polja mikrotalasne pećnice.
„Mikrotalasi proizvode i električna i magnetna polja. Električno polje izaziva zagrevanje dipolarnih materijala poput vode. To je ono što zagreva vašu hranu. Magnetno polje, s druge strane, izaziva zagrevanje provodnih materijala poput metala i ugljenika“, kaže Tsubaki.
„U našem uređaju smo bili u mogućnosti da povećamo katalitičku aktivnost razdvajanjem dva polja, a zatim koristeći električno polje za zagrevanje tečnog rastvora celobioze i istovremeno koristimo magnetno polje za zagrevanje katalizatora.“
Katalitičke reakcije ubrzane mikrotalasima su primenjene za različite hemijske reakcije, uključujući organsku sintezu, recikliranje plastike i konverziju biomase. Tim se nada da će, kako obnovljivi izvori energije i dalje rastu, hemijska proizvodnja koja se pokreće električnom energijom, kao što je njihova, pomoći da se industrija pomeri ka zelenijoj budućnosti.
„Očekujemo da će naš sistem pomoći u razvoju održivije hemijske sinteze. Takođe bismo želeli da istražimo korisnost naše metodologije za hidrolizu drugih polisaharida, kao i za proteine za proizvodnju aminokiselina i peptida“, zaključuje Cubaki .
