В ТГУ разработали катализатор для экологичного получения молочной кислоты

Уникальный катализатор на основе металлорганических координационных полимеров и биметаллических наночастиц разработала команда ученых из лаборатории каталитических исследований химфака Томского государственного университета (ТГУ), 2 апреля сообщает пресс-служба вуза.

Новый, ранее нигде не применявшийся катализатор способен ускорять все стадии каскадного превращения глицерина для получения молочной кислоты, которая широко применяется в пищевой, фармацевтической, текстильной промышленности, косметологии, а также в производстве биоразлагаемых полимеров.

Глицерин, из которого можно изготавливать молочную кислоту, является побочным продуктом производства биотоплива. Поскольку специалисты считают, что в 2025 году производство биотоплива в мире составит порядка 23,6 млрд литров, то это приведет к значительному падению стоимости глицерина, отмечают исследователи.

При этом в настоящее время производство молочной кислоты из глицерина мировой промышленностью не освоено. Чаще всего в промышленности молочную кислоту получают или химическим (из ацетальдегида через лактонитрил), или ферментативным (из углеводов) способами.

Химический способ дорог и неэкологичен. Ферментативный также обладает рядом недостатков, среди которых значительная длительность реакции, довольно высокая стоимость необходимых компонентов, низкие концентрации целевого продукта при большом количестве побочных. Последнее обстоятельство вызывает трудности при выделении и очистке продукта.

Третий способ производства молочной кислоты из глицерина в настоящее время представляет собой процесс, состоящий из нескольких последовательных стадий. При этом каждая стадия требует разные типы катализаторов. Кроме того, наличие трех гидроксильных групп в молекуле глицерина приводит к тому, что его селективное окисление и дальнейшее превращение промежуточных веществ в молочную кислоту затрудняется большим количеством побочных реакций.

Свой эффективный способ химического, но экологически чистого процесса получения молочной кислоты из широкодоступного глицерина предложили ученые ТГУ. Завкафедрой физической и коллоидной химии, профессор ХФ ТГУ доктор химических наук Ольга Водянкина рассказала о проведенном ими исследовании нового метода:

«Так же, как у нас в организме, молекула одного вещества, чтобы превратиться в другое — с высокой селективностью, проходит путь взаимодействия с несколькими каталитическими центрами. Мы установили, что можно создать внутри каталитической системы определенные центры, чтобы реализовалась не одна, а целая совокупность реакций, одна за другой».

Она уточнила, что в настоящий момент результаты проведенного исследования задают направление для фундаментального подхода к созданию природоподобных катализаторов.

Одна из главных авторов статьи, кандидат химических наук, научный сотрудник лаборатории каталитических исследований ХФ ТГУ Виктория Торбина пояснила, что понимание механизмов протекающих процессов, а также широкие возможности варьирования структуры металлорганических координационных полимеров позволили исследователям ТГУ получить материалы с заданными каталитическими свойствами, сокращающими побочные реакции.

«Эти гибридные системы впервые были синтезированы и всесторонне исследованы. Помимо очевидной практической значимости, наша работа имеет глубокую фундаментальную ценность ввиду расширения понимания связи „структура — свойство“ в области каталитической химии», — добавила Виктория Торбина.

Исследование выполнено в рамках проекта «Новые катализаторы и каталитические процессы для решения задач экологически чистой и ресурсосберегающей энергетики, в том числе процессы переработки биовозобновляемого сырья и процессы обезвреживания выбросов химических производств и энергетики».

Результаты исследования разработчики представили в статье «Каскадное превращение безосновного глицерина в молочную кислоту с помощью наночастиц Pd-Bi, иммобилизованных в металлоорганическом каркасе Zr-UiO-66», опубликованной в Applied Catalysis A: General (Q1).