In de afgelopen jaren, met het toenemende tekort aan fossiele hulpbronnen en de verslechtering van de menselijke leefomgeving, is het efficiënte en duurzame gebruik van hernieuwbare hulpbronnen zoals biomassa de focus geworden van onderzoek en aandacht van wetenschappers over de hele wereld. Mierenzuur, een van de belangrijkste bijproducten bij bioraffinage, heeft de kenmerken van goedkoop en gemakkelijk verkrijgbaar, niet-giftig, hoge energiedichtheid, hernieuwbaar en afbreekbaar, enz. Toepassing ervan op nieuw energiegebruik en chemische transformatie helpt niet alleen om het toepassingsgebied van mierenzuur verder uit te breiden, maar helpt ook enkele veelvoorkomende knelpuntproblemen in de toekomstige bioraffinagetechnologie op te lossen. Dit artikel besprak kort de onderzoeksgeschiedenis van het gebruik van mierenzuur, vatte de laatste onderzoeksvoortgang van mierenzuur samen als een efficiënt en multifunctioneel reagens en grondstof bij de chemische synthese en katalytische omzetting van biomassa, en vergeleek en analyseerde het basisprincipe en het katalytische systeem. van het gebruik van mierenzuuractivering om een efficiënte chemische omzetting te bereiken. Er wordt op gewezen dat het toekomstige onderzoek zich moet richten op het verbeteren van de gebruiksefficiëntie van mierenzuur en het realiseren van een hoge selectiviteitssynthese, en het toepassingsgebied ervan op deze basis verder moet uitbreiden.
Bij de chemische synthese kan mierenzuur, als een milieuvriendelijk en hernieuwbaar multifunctioneel reagens, worden gebruikt bij het selectieve omzettingsproces van verschillende functionele groepen. Als waterstofoverdrachtsreagens of reductiemiddel met een hoog waterstofgehalte heeft mierenzuur de voordelen van een eenvoudige en controleerbare werking, milde omstandigheden en goede chemische selectiviteit vergeleken met traditionele waterstof. Het wordt veel gebruikt bij de selectieve reductie van aldehyden, nitro, iminen, nitrillen, alkynen, alkenen enzovoort om overeenkomstige alcoholen, aminen, alkenen en alkanen te produceren. En de hydrolyse en ontscherming van functionele groepen van alcoholen en epoxiden. Gezien het feit dat mierenzuur ook kan worden gebruikt als C1-grondstof, als een belangrijk multifunctioneel basisch reagens, kan mierenzuur ook worden toegepast bij de reductieformylering van chinolinederivaten, de formylering en methylering van amineverbindingen, de carbonylering van olefine en reductiehydratatie van alkynen en andere meertrapstandemreacties, wat een belangrijke manier is om een efficiënte en eenvoudige groene synthese van fijne en complexe organische moleculen te bereiken. De uitdaging van dergelijke processen is het vinden van multifunctionele katalysatoren met hoge selectiviteit en activiteit voor de gecontroleerde activering van mierenzuur en specifieke functionele groepen. Bovendien hebben recente onderzoeken aangetoond dat het gebruik van mierenzuur als C1-grondstof ook direct bulkchemicaliën zoals methanol met hoge selectiviteit kan synthetiseren door middel van een katalytische disproportioneringsreactie.
Bij de katalytische omzetting van biomassa bieden de multifunctionele eigenschappen van mierenzuur potentieel voor de realisatie van groene, veilige en kosteneffectieve bioraffinageprocessen. Biomassabronnen zijn de grootste en meest veelbelovende duurzame alternatieve hulpbronnen, maar het omzetten ervan in bruikbare vormen van hulpbronnen blijft een uitdaging. De zure eigenschappen en goede oplosmiddeleigenschappen van mierenzuur kunnen worden toegepast bij het voorbehandelingsproces van biomassagrondstoffen om de scheiding van lignocellulosecomponenten en cellulose-extractie te realiseren. Vergeleken met het traditionele voorbehandelingssysteem met anorganische zuren heeft het de voordelen van een laag kookpunt, gemakkelijke scheiding, geen introductie van anorganische ionen en sterke compatibiliteit voor stroomafwaartse reacties. Als efficiënte waterstofbron is mierenzuur ook uitgebreid bestudeerd en toegepast bij de selectie van de katalytische omzetting van biomassaplatformverbindingen in chemicaliën met een hoge toegevoegde waarde, de afbraak van lignine tot aromatische verbindingen en de hydrodeoxidatie-raffinageprocessen van bio-olie. Vergeleken met het traditionele, van H2 afhankelijke hydrogeneringsproces heeft mierenzuur een hoge conversie-efficiëntie en milde reactieomstandigheden. Het is eenvoudig en veilig en kan het materiaal- en energieverbruik van fossiele hulpbronnen in het daarmee samenhangende bioraffinageproces effectief verminderen. Recente onderzoeken hebben aangetoond dat door het depolymeriseren van geoxideerde lignine in een waterige oplossing van mierenzuur onder milde omstandigheden een aromatische oplossing met een laag molecuulgewicht en een gewichtsverhouding van meer dan 60% kan worden verkregen. Deze innovatieve ontdekking biedt nieuwe mogelijkheden voor de directe extractie van hoogwaardige aromatische chemicaliën uit lignine.
Samenvattend toont biogebaseerd mierenzuur een groot potentieel in groene organische synthese en biomassaconversie, en de veelzijdigheid en multifunctionaliteit ervan zijn essentieel om een efficiënt gebruik van grondstoffen en een hoge selectiviteit van doelproducten te bereiken. Momenteel heeft dit vakgebied enkele successen geboekt en is het snel ontwikkeld, maar er is nog steeds een aanzienlijke afstand tot de daadwerkelijke industriële toepassing, en verder onderzoek is nodig. Toekomstig onderzoek zou zich moeten richten op de volgende aspecten: (1) hoe geschikte katalytisch actieve metalen en reactiesystemen voor specifieke reacties geselecteerd kunnen worden; (2) hoe mierenzuur efficiënt en controleerbaar kan worden geactiveerd in aanwezigheid van andere grondstoffen en reagentia; (3) Hoe het reactiemechanisme van complexe reacties op moleculair niveau te begrijpen; (4) Hoe de overeenkomstige katalysator in het relevante proces kan worden gestabiliseerd. Vooruitkijkend naar de toekomst, gebaseerd op de behoeften van de moderne samenleving op het gebied van milieu, economie en duurzame ontwikkeling, zal de mierenzuurchemie steeds meer aandacht en onderzoek krijgen van de industrie en de academische wereld.
Posttijd: 19 december 2024