Apakah teknologi penukaran pemangkin untuk penyediaan 5-Hydroxymethylfurfural (HMF)?

5-Hydroxymethylfurfural (HMF) ialah sebatian platform bernilai tinggi yang ditukar daripada gula biojisim dalam bidang sempadan kimia hijau dan penukaran biojisim, dan menerajui revolusi daripada sumber boleh diperbaharui kepada bahan kimia halus. Dalam penyediaan HMF, teknologi penukaran pemangkin adalah pautan teras, yang menentukan kecekapan penukaran, pemilihan produk dan kos pengeluaran. Berikut akan membincangkan secara mendalam beberapa teknologi penukaran pemangkin utama yang digunakan dalam penyediaan HMF.

1. Teknologi pemangkinan asid
Pemangkinan asid adalah salah satu kaedah yang paling klasik dan digunakan secara meluas untuk penyediaan HMF. Dengan menggunakan asid tak organik (seperti asid hidroklorik, asid sulfurik) atau asid organik (seperti asid formik, asid asetik) sebagai pemangkin, tindak balas dehidrasi heksosa (terutamanya fruktosa) digalakkan dalam keadaan yang sesuai untuk menjana HMF. Kaedah ini mudah dikendalikan, tetapi terdapat masalah seperti kakisan peralatan, kesukaran dalam pengasingan produk dan rawatan cecair sisa. Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, pemangkin asid pepejal seperti bahan karbon berfungsi asid sulfonik, oksida logam, dsb. secara beransur-ansur telah menarik perhatian kerana pemulihannya yang mudah, kebolehgunaan semula dan mesra alam sekitar.

2. Teknologi pemangkinan alkali
Berbeza daripada pemangkinan asid, teknologi pemangkinan alkali menggunakan keadaan beralkali untuk menggalakkan pengisomeran dan tindak balas dehidrasi fruktosa untuk menghasilkan HMF. Kaedah ini biasanya mempunyai kadar penukaran dan selektiviti yang tinggi, tetapi persekitaran beralkali dengan mudah membawa kepada kemerosotan HMF selanjutnya dan mengurangkan hasil produk. Pembangunan pemangkin alkali yang cekap dan stabil serta pengoptimuman keadaan tindak balas telah menjadi tumpuan penyelidikan dalam bidang ini.

3. Teknologi pemangkinan dwifungsi
Untuk mengatasi batasan pemangkin tunggal, penyelidik telah mencadangkan strategi pemangkin dwifungsi. Teknologi ini mengintegrasikan dua atau lebih tapak aktif dengan fungsi pemangkin yang berbeza ke dalam mangkin yang sama untuk mencapai kaedah satu periuk untuk pengisomeran fruktosa dan tindak balas dehidrasi. Pemangkin dwifungsi boleh meningkatkan hasil dan selektiviti HMF, memudahkan aliran proses dan mengurangkan kos. Beberapa pemangkin dwifungsi asid-bes yang disokong oksida logam menunjukkan prestasi cemerlang dalam penyediaan HMF.

4. Teknologi biocatalysis
Teknologi biocatalysis telah menunjukkan potensi besar dalam penyediaan HMF dengan keadaan tindak balasnya yang sederhana, selektiviti tinggi dan mesra alam. Dengan menggunakan mikroorganisma atau enzim sebagai pemangkin, penukaran fruktosa kepada HMF boleh dicapai pada suhu dan tekanan bilik. Walau bagaimanapun, kestabilan dan kadar tindak balas biomangkin masih menjadi halangan utama yang menyekat penggunaan industri mereka. Pada masa ini, penyelidik sedang mengusahakan transformasi dan pengoptimuman biomangkin melalui kejuruteraan genetik, kejuruteraan protein dan cara lain.

Terdapat banyak teknologi penukaran pemangkin dalam penyediaan HMF, setiap satunya mempunyai kelebihan dan cabarannya yang unik. Dengan kemajuan berterusan dan inovasi sains dan teknologi, teknologi penukaran pemangkin yang lebih cekap, mesra alam dan ekonomik akan dibangunkan dalam pembangunan masa depan, yang akan mempromosikan industri HMF ke tahap yang lebih tinggi. Ini juga akan menggalakkan penggunaan berkesan dan pembangunan mampan sumber biojisim, dan membawa lebih banyak penyelesaian tenaga dan kimia hijau dan mampan kepada masyarakat manusia.