به گزارش اطلاعات آنلاین، دانشمندان یک کاتالیزور بسیار کارآمد ساخته‌اند که لیگنین سرسخت حاصل از ضایعات گیاهی را در شرایط نسبتاً ملایم به مواد شیمیایی مفید تجزیه می‌کند. با آشکار کردن دقیق نحوه عملکرد کاتالیزور در سطح اتمی، این کشف می‌تواند به تبدیل ضایعات جنگلی و کشاورزی به بلوک‌های سازنده تجدیدپذیر برای سوخت‌ها، پلاستیک‌ها و […]

به گزارش اطلاعات آنلاین، دانشمندان یک کاتالیزور بسیار کارآمد ساخته‌اند که لیگنین سرسخت حاصل از ضایعات گیاهی را در شرایط نسبتاً ملایم به مواد شیمیایی مفید تجزیه می‌کند. با آشکار کردن دقیق نحوه عملکرد کاتالیزور در سطح اتمی، این کشف می‌تواند به تبدیل ضایعات جنگلی و کشاورزی به بلوک‌های سازنده تجدیدپذیر برای سوخت‌ها، پلاستیک‌ها و سایر مواد کمک کند.

لیگنین بخش عمده‌ای از استحکام ساختاری گیاهان به شمار می رود و بزرگترین منبع تجدیدپذیر مواد شیمیایی آروماتیک موجود در طبیعت است. این ماده می‌تواند سهم قابل توجهی (تا ۳۵ درصد) از زیست‌توده زباله‌های کشاورزی و جنگلداری را تشکیل دهد. با این حال، ساختار مولکولی پیچیده لیگنین، تجزیه کارآمد آن را به طرز چشمگیری دشوار می‌کند که استفاده بالقوه آن را در تولید پایدار محدود کرده است.

در مطالعه‌ای که در ACS Catalysis منتشر شد، یک تیم بین‌المللی موفق شدند یک “کاتالیزور تک اتمی” بسیار کارآمد توسعه دهند. محققان همچنین در سطح مولکولی مشخص کردند چگونه کاتالیزور پیوندهای شیمیایی قوی را که به نگه داشتن لیگنین در کنار هم کمک می‌کنند، می‌شکند.

این کاتالیزور حاوی اتم‌های روتنیم منفرد است که در یک ماده کربنی آلاییده شده با نیتروژن جاسازی شده‌اند. با جدا نگه داشتن اتم‌های روتنیم، این طرح می‌تواند عملکرد کاتالیزوری قوی را ارائه دهد در حالی که تنها به مقادیر بسیار کمی فلز نیاز دارد و در مقایسه با سیستم‌های معمولی، کارایی را بهبود می‌بخشد.

آشکار شدن چگونگی تجزیه لیگنین توسط کاتالیزور

یکی از موانع همیشگی در تحقیقات لیگنین، شناسایی دقیق بخش‌هایی از کاتالیزور است که مسئول شکستن پیوندهای شیمیایی غیرمعمول و قوی این ماده هستند. بدون این اطلاعات، محققان راهنمایی‌های محدودی برای طراحی کاتالیزورهای مؤثرتر داشته‌اند.

این تیم دریافت که یک آرایش اتمی خاص به نام “محل “Ru-N4 به ویژه مهم است. این محل‌ها مولکول‌های اکسیژن را فعال کرده و به شکستن پیوندهای کربن-اکسیژن و کربن-کربن در لیگنین کمک می‌کنند.

محققان با استفاده از ترکیبی از آزمایشات آزمایشگاهی و مدل‌سازی محاسباتی، توانستند این فرآیند را با جزئیات بیشتری بازسازی کنند. کاتالیزور ابتدا اکسیژن را فعال کرده و گونه‌های بسیار واکنش‌پذیر تولید می‌کند. سپس این گونه‌ها به ساختار لیگنین حمله کرده و آن را به مولکول‌های کوچکتر تقسیم می‌کنند.

تبدیل بالا با شرایط ملایم‌تر

هنگامی که تحت شرایط بهینه آزمایش شد، کاتالیزور تقریباً تمامی ترکیبات لیگنین مدل را تبدیل کرده و بازده بالایی از محصولات شیمیایی ارزشمند، از جمله فنول، تولید کرد.

این فرآیند همچنین در شرایط نسبتاً ملایم کار می‌کند و به مواد شیمیایی خشن نیاز ندارد. این ترکیب می‌تواند این رویکرد را برای توسعه روش‌های پایدارتر تولید مواد شیمیایی مفید کند.

محققان فراتر از ترکیبات مدل ساده شده رفتند و کاتالیزور را روی لیگنین واقعی جمع‌آوری‌شده از چندین منبع زیست‌توده آزمایش کردند. این کاتالیزور با موفقیت آن نمونه‌ها را به ترکیبات آروماتیک مفیدی تبدیل کرد که می‌توانند به طور بالقوه به بلوک‌های سازنده سوخت‌ها، پلاستیک‌ها و سایر مواد تبدیل شوند.

یک مسیر بالقوه به سوی مواد شیمیایی مبتنی بر زیست‌توده

این یافته‌ها تصویر دقیق‌تری از نحوه عملکرد کاتالیزورهای تک اتمی در طول تبدیل زیست‌توده ارائه می‌دهند. این درک می‌تواند به عنوان راهنمایی برای توسعه سیستم‌های کاتالیزوری کارآمدتر در آینده باشد.

درک دقیق نحوه عملکرد این کاتالیزورها در سطح اتمی این امکان را می‌دهد تا مواد بهتری را برای تبدیل منابع تجدیدپذیر به مواد شیمیایی ارزشمند طراحی کرد.

با آسان‌تر کردن ارتقاء لیگنین و تبدیل آن به محصولات با ارزش بالاتر، این تحقیق می‌تواند از تغییر گسترده‌تر از تولید شیمیایی خطی سنتی مشتق از نفت و به سمت یک اقتصاد دایره‌ای‌تر مبتنی بر زیست‌توده پشتیبانی کند.

منبع خبر: اطلاعات انلاین

این خبر از سایت منبع نقل شده و پایگاه خبری زیرنویس در قبال محتوای آن مسئولیتی ندارد. در صورت نیاز، در نظرات همین خبر گزارش دهید تا بررسی گردد.

زیرنویس را در شبکه‌های اجتماعی همراهتان داشته باشید