ACSSCE: Превратить биомассу в полезный ресурс поможет инновационное устройство

Исследователи из Университета Кюсю разработали устройство, сочетающее катализатор и микроволновую проточную реакцию для эффективного преобразования сложных полисахаридов в простые моносахариды.

В устройстве используется непрерывный процесс гидролиза, при котором целлобиоза — дисахарид, состоящий из двух молекул глюкозы, — проходит через катализатор из сульфонированного углерода, который нагревается с помощью микроволн. Последующая химическая реакция расщепляет целлобиозу до глюкозы. Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Sustainable Chemistry & Engineering.

Преобразование биомассы в полезные ресурсы является темой научных исследований уже несколько десятилетий. Полисахариды биомассы, длинноцепочечные сложные сахара, которые повсеместно встречаются в природе, считаются одними из наиболее перспективных веществ для эффективной переработки, поскольку их можно превратить в простые сахара, которые, в свою очередь, могут быть использованы в пищевой промышленности, фармацевтике и химическом синтезе.

Гидролиз — одна из наиболее эффективных химических реакций, в ходе которой длинноцепочечные сахара превращаются в простые сахара, обычно с использованием кислот в качестве катализаторов. Многие кислотные катализаторы находятся в газообразной или жидкой форме, однако твердые кислотные катализаторы, которые, как следует из названия, представляют собой кислоты в твердой форме, известны тем, что их можно перерабатывать, и поэтому они стали объектом пристального внимания исследователей.

Однако для эффективной реакции с твердыми кислотными катализаторами требуется высокая температура. Чтобы решить эту проблему, доцент Шунтаро Цубаки с сельскохозяйственного факультета Университета Кюсю и его команда исследовали возможность применения микроволновой проточной реакции для нагрева твердых катализаторов в процессе реакции.

Микроволны формируют локализованное высокотемпературное реакционное поле на твердом катализаторе, что может привести к повышению каталитической активности при сохранении более низкой температуры всей реакционной системы, — объясняет Цубаки.

Кроме того, мы можем обеспечить непрерывный поток субстрата через реакционный сосуд, где микроволны воздействуют на катализатор, что приводит к более высокому выходу желаемого продукта.

В разработанном исследователями устройстве используется твердый кислотный катализатор, состоящий из сульфонированного углерода. Для тестирования системы в качестве модельного сахарного субстрата была использована целлобиоза, дисахарид. В устройстве раствор целлобиозы пропускался через катализатор из сульфонированного углерода, который нагревался до 100-140℃ с помощью микроволн. Затем катализатор расщеплял целлобиозу путем гидролиза и получал моносахарид глюкозу.

Одним из ключевых факторов эффективности системы является возможность разделения электрического и магнитного полей микроволн.

Микроволны создают как электрическое, так и магнитное поле. Электрическое поле вызывает нагрев диполярных материалов, таких как вода. Именно оно нагревает пищу. Магнитное поле, с другой стороны, вызывает нагрев проводящих материалов, таких как металлы и углерод, — говорит Цубаки.

В нашем устройстве мы смогли увеличить каталитическую активность, разделив два поля, затем используя электрическое поле для нагрева жидкого раствора целлобиозы и одновременно используя магнитное поле для нагрева катализатора.

Каталитические реакции с микроволновым ускорением применяются для различных химических реакций, включая органический синтез, переработку пластмасс и преобразование биомассы. Команда надеется, что по мере роста возобновляемых источников энергии химические производства, основанные на использовании электричества, такие как их система, помогут продвинуть промышленность к более экологичному будущему.

Мы ожидаем, что наша система поможет в разработке более устойчивого химического синтеза. Мы также хотели бы изучить возможности использования нашей методики для гидролиза других полисахаридов, а также белков для получения аминокислот и пептидов, — заключает Цубаки.

Ранее ученые рассказали о том, как получили из биомассы пластик.

На иллюстрации: простая схема химического процесса в устройстве, разработанном исследовательской группой. В их системе раствор дисахарида целлобиозы (слева) пропускается через сульфоуглеродный катализатор (в центре) — кислотный катализатор, который помогает расщеплять сахара. Затем катализатор нагревают с помощью микроволн, чтобы повысить его каталитическую активность. В результате целлобиоза эффективно превращается в глюкозу (справа). Источник: Kyushu University/Tsubaki lab

10.01.2025


Подписаться в Telegram



Хайтек

Легкие и прочные: как Al-Sc сплавы покоряют промышленность
Легкие и прочные: как Al-Sc сплавы покоряют промышленность

3D-печать меняет правила игры: она дает б...

Световые качели: физики открыли новый способ управлять светом
Световые качели: физики открыли новый способ управлять светом

Физики научились управлять светом в кроше...

Тараканы-киборги — спасатели ближайшего будущего
Тараканы-киборги — спасатели ближайшего будущего

От зон стихийных бедствий до экстрем...

Томские ученые раскрыли секреты молекулярных взаимодействий
Томские ученые раскрыли секреты молекулярных взаимодействий

Ученые из Томского политехнического униве...

100 миллионов за молекулярный прорыв: в Уфе запустили супер-спектрометр
100 миллионов за молекулярный прорыв: в Уфе запустили супер-спектрометр

В Уфимском федеральном исследовательском центр...

От идеи до Росатома: история успеха проекта RSP
От идеи до Росатома: история успеха проекта RSP

В НИЯУ МИФИ создали онлайн-сервис —...

CARMA II — автономный робот, который делает ядерные объекты безопаснее
CARMA II — автономный робот, который делает ядерные объекты безопаснее

Передовая роботизированная система CARMA II ус...

Нейросети будущего: поляритоны в СПбГУ бьют рекорды точности
Нейросети будущего: поляритоны в СПбГУ бьют рекорды точности

Ученые из Санкт-Петербургского государств...

MIT учит дронов избегать столкновений: новый метод GCBF+
MIT учит дронов избегать столкновений: новый метод GCBF+

Инженеры из MIT придумали, как сдела...

Фокус на будущее: киноформные линзы меняют правила игры
Фокус на будущее: киноформные линзы меняют правила игры

Сотрудники лаборатории 3D-печати функциональны...

Российский минерал совершил революцию в мире двумерных материалов
Российский минерал совершил революцию в мире двумерных материалов

Ученые Томского политехнического университета ...

Свет из земли: как глина превратилась в дисплей
Свет из земли: как глина превратилась в дисплей

Мир дисплеев скоро изменится благодаря новым м...

В МИФИ создан радиоизотопный прибор для отечественной металлургии
В МИФИ создан радиоизотопный прибор для отечественной металлургии

В Национальном исследовательском ядерном униве...

Преодоление физических барьеров: на пути к новым квантовым технологиям
Преодоление физических барьеров: на пути к новым квантовым технологиям

Комментирует профессор Майя Вергниори, которая...

Впервые в России: в Катайске начали выпуск уникальных насосов
Впервые в России: в Катайске начали выпуск уникальных насосов

Катайский насосный завод, который находится в&...

Ученые ТПУ продемонстрировали, как у капель появляются «пальцы»
Ученые ТПУ продемонстрировали, как у капель появляются «пальцы»

Исследователи из Томского политехническог...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Невидимые враги: как ароматизаторы превращают ваш дом в угрозу для здоровья
Невидимые враги: как ароматизаторы превращают ваш дом в угрозу для здоровья
Легкие и прочные: как Al-Sc сплавы покоряют промышленность
Легкие и прочные: как Al-Sc сплавы покоряют промышленность
Cell Reports: Голодание приносит пользу взрослым, но создает риск для подростков
Cell Reports: Голодание приносит пользу взрослым, но создает риск для подростков
69 ученых, которые меняют мир: история успеха из Нижнего Новгорода
69 ученых, которые меняют мир: история успеха из Нижнего Новгорода
Спасти жизнь за минуты сможет кетамин в борьбе с эпилептическим статусом
Спасти жизнь за минуты сможет кетамин в борьбе с эпилептическим статусом
Как взрываются звезды: открытия, которые меняют наше представление о Вселенной
Как взрываются звезды: открытия, которые меняют наше представление о Вселенной
Как получить инструмент будущих инженеров бесплатно, если ты студент
Как получить инструмент будущих инженеров бесплатно, если ты студент
От шахт до чистой энергии: путь австралийской горнодобывающей промышленности
От шахт до чистой энергии: путь австралийской горнодобывающей промышленности
Больничные раковины и невидимый враг, который в них живет
Больничные раковины и невидимый враг, который в них живет
Цикорий и кобальт: дуэт против рака, бьющий точно в цель
Цикорий и кобальт: дуэт против рака, бьющий точно в цель
Без капитана, но с комфортом: в Нижнем Новгороде строят судно без экипажа
Без капитана, но с комфортом: в Нижнем Новгороде строят судно без экипажа
Лазер, графен, полимер: как создают электронику, которую можно сгибать
Лазер, графен, полимер: как создают электронику, которую можно сгибать
Ученые объединили два прибора в один, чтобы лучше анализировать газы
Ученые объединили два прибора в один, чтобы лучше анализировать газы
Световые качели: физики открыли новый способ управлять светом
Световые качели: физики открыли новый способ управлять светом
Удаленка навсегда: как бизнес адаптируется к новым реалиям
Удаленка навсегда: как бизнес адаптируется к новым реалиям

Новости компаний, релизы

Более 200 нижегородцев посетили научные кинопоказы честь Дня российской науки
Школьников и студентов Хабаровского края приглашают написать всероссийский диктант «Наука во имя Победы»
На Фестивале «Москва — Точка старта» победили проекты из МИФИ
Молодых и заслуженных ученых наградили в Хабаровске
Калужан приглашают к участию в XIII сезоне Международного инженерного чемпионата CASE-IN