Los científicos del Instituto de Tecnología de Tokio Tokyo Tech han desarrollado y analizado un nuevo catalizador para la oxidación del 5-hidroximetilfurfural, que es crucial para generar nuevas materias primas que reemplacen las clásicas no renovables utilizadas para fabricar muchos plásticos.
No debería sorprender a la mayoría de los lectores que encontrar una alternativa a los recursos naturales no renovables es un tema clave en la investigación actual. Algunas de las materias primas necesarias para la fabricación de muchos de los plásticos actuales involucran recursos fósiles no renovables, carbón ygas natural, y se ha dedicado mucho esfuerzo a encontrar alternativas sostenibles.El ácido 2,5-furandicarboxílico FDCA es una materia prima atractiva que se puede utilizar para crear furanoato de polietileno, que es un bio-poliéster con muchas aplicaciones.
Una forma de hacer FDCA es a través de la oxidación de 5-hidroximetilfurfural HMF, un compuesto que puede sintetizarse a partir de celulosa. Sin embargo, las reacciones de oxidación necesarias requieren la presencia de un catalizador, que ayuda en los pasos intermedios de lareacción para que se pueda lograr el producto final.
Muchos de los catalizadores estudiados para su uso en la oxidación de HMF involucran metales preciosos; esto es claramente un inconveniente porque estos metales no están ampliamente disponibles. Otros investigadores han descubierto que los óxidos de manganeso combinados con ciertos metales como el hierro y el cobrepueden usarse como catalizadores. Aunque este es un paso en la dirección correcta, un equipo de científicos de Tokyo Tech ha informado un hallazgo aún mayor: dióxido de manganeso MnO 2 puede usarse por sí mismo como un catalizador efectivo si los cristales hechos con él tienen la estructura adecuada.
El equipo, que incluye al profesor asociado Keigo Kamata y al profesor Michikazu Hara, trabajó para determinar qué MnO 2 la estructura cristalina tendría la mejor actividad catalítica para hacer FDCA y por qué. Inferían a través de análisis computacionales y la teoría disponible que la estructura de los cristales era crucial debido a los pasos involucrados en la oxidación de HMF. Primero, MnO 2 transfiere una cierta cantidad de átomos de oxígeno al sustrato HMF u otros subproductos y se convierte en MnO2-δ. Luego, debido a que la reacción se lleva a cabo bajo una atmósfera de oxígeno, MnO2-δ se oxida rápidamente y se convierte en MnO 2 nuevamente. La energía requerida para este proceso está relacionada con la energía requerida para la formación de vacantes de oxígeno, que varía mucho con la estructura cristalina. De hecho, el equipo calculó que los sitios de oxígeno activo tenían una vacante más baja y por lo tanto mejorenergía de formación.
Para verificar esto, sintetizaron varios tipos de MnO 2 cristales y luego comparó su rendimiento a través de numerosos análisis. De estos cristales, β-MnO 2 fue el más prometedor debido a sus sitios activos de oxígeno planar. No solo su energía de formación de vacantes fue menor que la de otras estructuras, sino que el material en sí fue muy estable incluso después de usarse para reacciones de oxidación en HMF.
Sin embargo, el equipo no se detuvo allí, ya que propusieron un nuevo método de síntesis para producir β-MnO altamente puro 2 con un área de superficie grande para mejorar el rendimiento de FDCA y acelerar aún más el proceso de oxidación ". La síntesis de β-MnO de área de superficie alta 2 es una estrategia prometedora para la oxidación altamente eficiente de HMF con MnO 2 catalizadores ", afirma Kamata.
Con el enfoque metodológico adoptado por el equipo, el desarrollo futuro de MnO 2 los catalizadores se han puesto en marcha ". Funcionalización adicional de β-MnO 2"Abrirá una nueva vía para el desarrollo de catalizadores altamente eficientes para la oxidación de varios compuestos derivados de la biomasa", concluye Hara. Investigaciones como esta aseguran que las materias primas renovables estarán disponibles para la humanidad para evitar todo tipo de escasezcrisis marque la diferencia: oportunidad patrocinada
Materiales proporcionados por
Instituto de Tecnología de Tokio . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud. Referencia del diario
: Eri Hayashi, Yui Yamaguchi, Keigo Kamata, Naoki Tsunoda, Yu Kumagai, Fumiyasu Oba, Michikazu Hara.
: MLA