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Jun 09, 2023

과당을 5로 전환하기 위한 효율적인 촉매를 개발하기 위해 다중이온성 액체로 할로이사이트의 산도를 조정합니다.

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Scientific Reports 13권, 기사 번호: 7663(2023) 이 기사 인용

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온화한 반응 조건에서 과당을 5-하이드록시메틸푸르푸랄로 전환하기 위한 저렴하고 효율적인 산성 불균일 촉매를 제조하려는 시도에서, 산성 다가이온 액체의 공유 그래프팅을 통해 할로이사이트의 산도를 개선했습니다. 보다 정확하게는 할로이사이트를 먼저 비닐 기능화한 다음 비닐 이미다졸 및 2-아크릴아미도-2-메틸프로판술폰산으로 중합했습니다. 얽힌 이미다졸 고리는 클로로황산으로 처리하여 산성 이온성 액체로 추가로 전환되었습니다. UV-Vis 분광법과 Hammett 방정식은 산성 다중이온 액체의 접합이 할로이사이트의 산도를 증가시킨다는 것을 확인했습니다. 5-하이드록시메틸푸르푸랄 합성을 위한 촉매 효율 조사 및 반응 변수 최적화를 통해 최적 조건, 즉 70°C에서 20wt%의 촉매 로딩 하에서 30분 후 5-하이드록시메틸푸르푸랄이 97.8% 생성되는 것으로 나타났습니다. 특히, 촉매는 재사용성이 매우 높았으며 활성 손실이 거의 없이 최소 7번의 반응 실행에 재사용할 수 있었습니다. 또한, 이 촉매는 수크로스와 말토스의 전환을 촉진하여 적당한 수율의 5-하이드록시메틸푸르푸랄을 제공할 수도 있습니다.

재생 가능한 자원의 사용은 기존 에너지 자원의 부족과 환경 오염에 대한 해결책으로 간주되어 왔습니다1. 신재생에너지에는 풍력, 해양, 태양광, 지열에너지 등 다양한 종류가 있으며, 그 중 바이오에너지가 큰 주목을 받고 있다. 이러한 종류의 재생 에너지에서는 농업 폐기물, 식물, 목재 등과 같은 바이오매스가 바이오 연료라고 불리는 전기 또는 연료로 변환됩니다2. 바이오연료의 장점을 고려하여, 휘발유와 경쟁하는 특성을 지닌 바이오연료를 개발하려는 많은 시도가 이루어져 왔다. 이 라인에서는 4세대 바이오연료가 추진되었습니다2,3,4. 1세대 바이오연료는 바이오에탄올과 같은 알코올성 연료로 구성된다. 이러한 종류의 바이오 연료는 기존 연료에 비해 에너지 밀도가 낮고 다양한 기술적 문제를 안고 있기 때문에 퓨란 기반 화합물을 기반으로 하는 2세대 바이오 연료가 개발되었습니다. 다행스럽게도 푸란 기반 바이오연료는 에너지 밀도가 더 높고, 더 중요하게는 주로 리그노셀룰로오스 바이오매스와 같은 비식용 자원에서 생산될 수 있다는 점입니다5. 푸란 기반 바이오연료의 형성은 두 가지 주요 단계로 구성됩니다. 즉, 리그노셀룰로오스 바이오매스를 5-하이드록시메틸푸르푸랄(HMF)6,7,8과 같은 플랫폼 화합물로 전환한 후 수소탈산소화와 같은 일부 화학 반응을 거쳐 바이오연료를 형성하는 과정입니다. ,5-디메틸푸란.

푸란 기반 바이오 연료 생산을 향한 초기 단계로서 탄수화물로부터 HMF9,10,11를 합성하는 것은 매우 중요합니다13,14. 더욱이, 이 핵심 화합물은 레불린산과 같은 다른 화학물질의 합성에 활용될 수 있기 때문에 많은 연구 그룹에서는 다양한 촉매 시스템을 개발하여 HMF 합성을 위한 효율적인 프로토콜을 공개하려고 시도했습니다. 현재까지 이러한 산 촉매 반응을 위해 루이스 산 촉매18 및 H형 제올라이트19와 같은 다양한 촉매가 개발되었습니다. 이와 관련하여 산성 이온성 액체(IL)도 잠재적인 후보로 간주될 수 있습니다. 이러한 유기염의 장점 중 하나는 특정 목적에 맞게 쉽게 조정하고 설계할 수 있다는 것입니다. 산성 IL은 또한 유기 부분의 클로로설폰화에 의해 제조될 수 있습니다. 더욱 흥미롭게도 IL은 중합되어 다양한 IL의 이점을 누리는 다중이온 액체인 PIL을 형성할 수 있습니다. 또는 기존 폴리머를 화학적 변형을 통해 PIL로 변환할 수 있습니다. 또한, IL/PIL의 촉매 성능과 안정성을 높이기 위해 손쉬운 화학 반응을 통해 천연 점토 광물과 같은 다양한 지지 물질에 IL/PIL을 지원하는 것이 가능합니다. 가용성, 저렴한 비용, 화학적 및 열적 안정성의 이점을 지닌 천연 점토 광물은 경제적이고 환경적으로 친화적인 지지 재료입니다. 할로이사이트(Hal)와 같은 일부 점토 광물은 촉매작용에 탁월한 효율성을 나타냅니다. 원통형 형태와 반대로 전하를 띤 표면을 가진 알루미노실리케이트인 Hal은 촉매의 고정화를 위해 광범위하게 적용되었습니다. Hal은 또한 산성 특성을 가지고 있습니다. 그러나 그 산도는 탄수화물이 HMF로 전환되는 것을 촉매할 만큼 강하지 않습니다.