Ученые Томского государственного университета нашли способ производить молочную кислоту из глицерина. Они разработали уникальный катализатор на основе металлорганических координационных полимеров и биметаллических наночастиц. Он способен катализировать все стадии каскадного превращения глицерина для селективного получения молочной кислоты.
Пока молочную кислоту в промышленности получают двумя основными способами:
- химическим – из ацетальдегида через лактонитрил (довольно дорогой и неэкологичный способ)
- ферментативным – из углеводов (тоже имеет некоторые недостатки: длительное время реакции, относительно высокая стоимость субстратов, низкие концентрации и образование побочных продуктов, что приводит к трудностям при выделении и очистке продукта)
Молочная кислота находит применение в пищевой, фармацевтической, текстильной промышленности, косметологии, производстве биоразлагаемых полимеров. Это один из наиболее ценных продуктов, получаемых из глицерина, который, в свою очередь, является побочным продуктом при производстве биотоплива. По оценкам специалистов, к 2025 году мировой выпуск биотоплива должно достичь 23,6 миллиарда литров. В связи с такими объемами стоимость глицерина падает с каждым годом. Однако пока производство молочной кислоты из глицерина в мировой промышленности не освоено.
Как рассказали в пресс-службе ТГУ, ученые заинтересованы в разработке экологически чистого процесса получения молочной кислоты из широкодоступного глицерина. Это каскадный процесс из нескольких последовательных стадий, для реализации которых требуются разные типы катализаторов. Кроме того, благодаря наличию трех гидроксильных групп в молекуле глицерина его селективное окисление и дальнейшее превращение промежуточных веществ в молочную кислоту осложняется большим количеством побочных реакций.
«Мы установили, что можно создать внутри каталитической системы определенные центры, чтобы реализовалась не одна, а целая совокупность реакций, одна за другой. На данный момент итоги нашего исследования можно рассматривать как первоначальную идею для фундаментального подхода по созданию природоподобных катализаторов», — рассказала доктор химических наук, профессор, заведующая кафедрой физической и коллоидной химии ХФ ТГУ Ольга Водянкина.
По словам одной из главных авторов, кандидата химических наук, научного сотрудника лаборатории каталитических исследований ХФ ТГУ Виктории Торбиной, понимание механизмов протекающих процессов, а также широкие возможности варьирования структуры металлорганических координационных полимеров позволили «построить» подходящие материалы с заданными каталитическими свойствами для минимизации побочных реакций.
«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», — говорит Виктория Торбина.
Результаты исследования опубликованы в одном из самых престижных научных журналов в области катализа – Applied Catalysis A: General (Q1). По словам Водянкиной, в журналах такого уровня, если идея не нова, опубликоваться сложно, а редакторы охотнее принимают те статьи, где описанные исследования имеют перспективу практического применения в будущем.
«То, что нам периодически удается попасть в такие высокоцитируемые издания, говорит о том, что мы справляемся и прогрессируем с развитием новых подходов в области катализа. За последние пять лет у нас вышло 60 статей, из них более 35 – в журналах квартиля Q1», — считает она.
