הקדמה: הדחף לפלסטיקה בת קיימא

ייצור פלסטיק גלובלי עולה על 400 מיליון טון מדי שנה, אך פחות מ 10% ממוחזר ביעילות.הרוב המכריע מגיע במזומנים או הסביבה הטבעית, נהיגה משבר זיהום עולה.בתגובה, ביופלסטים - שמקורו לחלוטין או חלקית מביומסה מתחדשת - הופיעו כחלופה קריטית של דלקים חשמליים, עם זאת, ייצור ביופלסטיקים בקנה מידה עם יכולת כלכלית ושלמות סביבתית דורשות יעילה, אופטימיזציה כימיתסלקטיבית, כאשר הוא עומד על ידי חומרים כימיים נוזליים, אשר אינם עומדים על ידי מעברים של דלקים של דלקים מגנטיים מגנטיים, או נוזליים, אשר מאפשר מעבר מגנטיים של דלק מוצק של דלק נוזליים של דלק מוצק של דלק נוזליים, אשר מאפשר מעבר מגנטיים של דלק מוצק של דלק נוזליים, 000.

מאמר זה חוקר כיצד שיתוק heterogeneous מניע את הייצור של ביופלסטים מרכזיים כגון חומצה פולילאקטית (PLA) ופוליhydroxyalkanoates (PHA) אנו בודקים את המנגנונים הקטליטיים, משפחות זרז ספציפיות, אתגרים תהליכים, ואת פריצות הדרך האחרונות מחקר המבטיחות להפוך פלסטיק מתחדשות תחרותיות עם מקבילות מבוססות נפט.

הבנת פסיכואנליזה heterogeneous בקונטקסט של Biorefining

שיתוק heterogeneous כרוך זרזים הקיימים בשלב אחר מן המשיבים - באופן זרז מוצק אינטראקציה עם substrates נוזלי או גזי.שלב זה נותן יתרון מבצעי מכריע: זרז יכול להיות מופרד בקלות מן הזרם המוצר על ידי סינון, נפיחות, או הפרדה מגנטית, המאפשר עיבוד מתמשך ו reuse חוזר על עצמו.

האתרים הפעילים על זרזים מוצקים - בין אם על משטח מתכת, משטחים תחמוצת מתכת, או בתוך הערוצים המיקרו ⁇ של זאוליטים - צעדים פורצי קשר וקשרי אג"ח שממירים מולקולות ביומסה-דריביות לתוך כימיקלים פלטפורמה.לדוגמה, Brnsøted חומצה על zeolitesszealyze את הדה של סוכרים למולקולות hydroxyxymethylxal fur (Hoxic) או חומצהicials) תומך על ידי חומצה pertragenicials (Ricial) או חומצה pidgicicicicial) או חומצה pfurtogenic תגובות (Ricials) הוא מקדם את רמות (Ric חומצה pidogenic).

היתרונות המרכזיים של זרזי הומוגני הם משולשים: (1) שחזור זרז ומחזור מחדש של צמצום הפסולת והעלויות; (2) יציבות תרמית וכימיקלית גבוהה מאפשרים הפעלה בתנאים הקשים לעתים קרובות לצורך המרה ביומסה (טמפרטורה גבוהה, לחץ, חומציות); (3) הטבע המוצק מאפשר שימוש בכורים קבועים או מסולקים לניתוח מתמשך, חיוני עבור בקנה מידה תעשייתי.

מפתח ביופלסטיקה והזנות שלהם מחדש

פולילאקטי Acid (PLA)

(ה) היא הביופלסטית המפותחת ביותר מבחינה מסחרית, המיוצרת על ידי פולימריזציה של חומצה לקטית.ל-חומצה טקטיקות עצמה מושגת באמצעות תסיסה של סוכרים (גלווז, ספוג) שמקורו תירס, סוכריות או צלולוז (Colose) אשר ממיר את מסלול ה-Dicial CLCD2-Otraicicicicicicicicic) ל-Tze2Flasticicicicicicicic acid (L) באופן יעיל יותר: 2Flastic Aczeclasticicic) LT2Flastic Aczeclastic) ו-L) LT2Flastic Aczeclastic Aczeclastic Aczeclastic) - או בקיצור:

Polyhydroxyalkanoates (PHA)

(ב) הם משפחה של פוליסטרים המיוצרים באופן טבעי על ידי חיידקים כמו אחסון פחמן intracell. תעשייתי PHA ייצור מסתמכ על תסיסה חיידקית של סוכרים, חומצות שומן, או אפילו מתאן. heterogeneous Catalysis נכנס לתמונה בעיקר בעיבוד במורד הזרם: FLT:0solid-aciid-aciid-aciid-Falrliated zeligine-Rine) כדי לשחזר את הגמישות גבוהה יותר מ-Ricericericerkapahericerligicericerligicerligicergicergic 3HAR.

Bioplastics אחרים: PBS, PEF, ו- Bio-PET

(ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

נתיבי ההדבקה של קטליטי: מביומסה ועד מונומר

ייצור מונומרים ביופלסטיים מהזנת מתחדשים בדרך כלל כרוך כמה צעדים קטליטיים קוונטיים.כאן, אנו מתווה את המסלולים העיקריים ואת הזרזים המאפשרים להם.

הידרוג'י של Polysaccharides

(ה) ביומסה ליגנוקולוסית מורכבת מסוכרים צלולים, hemicellulose, ו- lignin.השלב הראשון הוא הידרוליזה לשחרר סוכרים מותסים, בעוד הידרוליזה אנזומטית נפוצה, FLT:0solid acidsFLT:1 כמו FLT:2sulfonated CarbonFLT 3 או FLT:5h) טמפרטורות גבוהות יותר של חומצה פולינזילות (אך גבוהה יותר)

התייבשות של סוכרים לפלטפורמות כימיקלים

(ב) ניתן לייחס ל-5hydroxymethylfurfurfural (Hfurfurfural) באמצעות ההרחבה:0metal chlorideFLT:1 או FLT:2solid Brønsted חומצה LT 3, כמו מונו-Fallow (FLT) ,5 או FLT:6 LT2 LT2 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

הידרוגנס ו- Hydrogenolysis

(ב) ויקרא י"ד) ויקרא ויקרא י"א (ב) ויקרא י"ד) ,"ב[[1924]]]]" ([[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] ו[[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]]]]]] [[[[[[[[1924]]

תגובה של Oxidation

(הההתחסין של HMF ל-FDCA היא אחת התגובות הנלמדות ביותר עבור מונומרים ביופלסטיים.FLT:0Au/C ו- Pt/CIRFLT:1 בנוכחות הבסיס לייצר FDCA עם תשואה של מעל 95% תחת טמפרטורות קלות (70 עד 100 מעלות צלזיוס) ו- O2 לחץ.

Catalysts in Action: Families and Mechanisms

Zeolites ו- Micro ⁇ Materials

זולites הם גבישי אלומיניום עם micropores מוגדר היטב וחומצה טונהנטית.התכונות שלהם צורה-selective להשפיע על הפצת המוצר.לדוגמה, FLT:0Z55s FLT 1 עם זרז בינוני מעדיף ייצור של ריחניים מסוכרים, בעוד FLT:2lar-pog zeolitesFLT 3:3 כמו Beta-Hic יותר יעיל עבור zeolicicials (L) ו-Hicicicicial) הוא יעיל יותר עבור zeolic חומצה la zeolicialricialric (L)

מתכת Oxides ו-Oxides

(הופנה מהדף ZrO2, TiO2, Al2O3 ו- Nb2O5 מספקים גם אתרי חומצה לואיס.com, הביצועים שלהם יכולים להיות משופרים על ידי מינון או על ידי יצירת תחמוצות מעורבות (למשל, WO3/ZrO2, SO4/ZrO2) אשר מגבירים את עוצמת המגפיים.

Metal Catalysts

(Pt, Pd, Ru, Au) מפוזר על נושאים כמו פחמן, אלומיניום, סיליקה או טיטאניה הם מעשי כפייה עבור מימן, חמצון, ו C-C-C הפיכה, פעילותם לעתים קרובות תלוי בגודל חלקיקים מתכת ותמיכה אינטראקציות.

עיצוב Multifunctional Catalysts

(הידוענים רבים של ביופלסט דורשים תגובות טנדם: למשל, גלוקוז כדי להטפור את האיזור (חומצה ליוויס), ואחריו התייבשות ל- HMF (חומצה Brønsted) זרזי מימן נעים לשלב שני סוגי המרה חומצה על אחד מוצק - כגון FLT:0Sn-Beta zeolite עם תוספת של AlFactir 3S) פתוח בכיוון של LT2-Alfate.

יתרונות מעל שיתוק הומוגני וכבישים אנזומטיים

בעוד זרזי הומוגני (למשל, מורכבות מתכת מסובכות, חומצות מינרלים) יכולים להציע מספרי מחזור גבוהים ומחקרים קיננטיים קלים, הם סובלים מקשיים נפרדים, קורוזיות, וחוסר יכולת מחזוריות. heterogeneous זרזים לחסל את השלבים הניטרליים, להפחית את מי הפסולת, ומאפשרים זרז לעשרות מחזורים.

אתגרים: Catalyst Deactivation, Cost, Scalability

(ה) למרות ההבטחה, זרזי הטרוגניים נתקלים במכשולים משמעותיים בעיבוד הביומסה (Dactivation מנגנונים כוללים:0coke depositionFLT:1 מ חומוס שנוצר במהלך הייבוש, 120FLT:2poison על ידי מחסנים או חנקן (pligic) בטמפרטורה של חנקן (Ricials) של 7) ו-FLTsinterdowicials (ב-Flastic)

עלות היא מחסום נוסף. זרזים רבים בעלי ביצועים גבוהים מסתמכים על מתכות אציליות (Pt, Ru, Au), אשר מרוכזים יקרים וגיאופוליטיים במדינות מסוימות.הפיתוח של חלופות בעלות אדמה (Ni, Co, Fe, Transfer), K) הוא חיוני.בנוסף, הסינתזה של חומרים מתקדמים כמו סנ-Betazeolite מורכב מפעולות הידרותרמיות והסרת, עלויות ייצור מ-Cup-Rolgolexigolite לעתים קרובות.

הכלכלה של ייצור ביופלסט תלויה גם במחיר של הזנה ואת היעילות של שרשרת התהליך כולו. Aזרז שעובד היטב על גלוקוז טהור עשוי להיכשל ביומסה אמיתי הידרוליטים המכילים פרופוראל, אצטאט, ופנווליים. לכן, ניסוחים חזקים ועיצובי כור גמישים הדרושים נדרשים.

תוצאות: ננוקטאליססט, Photocatalysis ו- Machine Learning

(הופנה מהדף זרז) שיפור פעילות וסלקטיביות (למשל, FLT:0meso ⁇ zeolitesFLT:1 עם סדקים היררכיים (מיקרופוחיות ומנופיטורים) להפחית את המגבלות של doffusion ולשפר את ההתנגדות של COPC:2Core-shell חלקיקים (FLT 3) ו- Pzemoling) יש תמיכה של חמצן (Faz) ב-Fol-Fol-Flasting) ו-Flasting).

Photocatalysis מציעה נתיב להשתמש באור השמש כדי להניע שינויים ביומסה. TiO2 מבוסס photocatalystssssveFLT:1 בשילוב עם Pt או Au הפיקדונות יכול לחמצן חומצות אורגניות תחת אור UV או גלוי, אם כיסלקטיביות נשארת נמוכה.

למידת מכונות (ML) היא תגלית זרזית מנבאת תוצאות תגובה מהנתונים המהירים ביותר.מודלים של ML שהוכשרו על תיאוריים כמו מבנה אלקטרוני, גודל פוזר, ואנרגיות מחייבות יכולות להציע זרז רב פונקציונליות חדש עבור סינתזה מונומרית ספציפית.לדוגמה, רשתות עצביות זיהו תרכובות נגיות בין-מטאליות מבטיחות חישוביות מסוג C-O.

השפעה סביבתית וכלכלית

אימוץ של שיתוק heterogeneous בייצור ביופלסט תורם למטרות קיימות מרובות. ראשית, זה מאפשר שימוש ביומסה לא-אכילה ( שאריות חקלאיות, פסולת יער, יבולי אנרגיה) במקום יבולי מזון, צמצום תחרות לשימוש הקרקע.שני, תהליכים קטליטיים פועלים לעתים קרובות בטמפרטורות נמוכות יותר ומייצרים פחות תוצרים מאשר מסלולים כימיים סטוכמטריים.

הערכות מחזור חיים (LCAs) של PLA המיוצר באמצעות המסלול chemocatalytic (באמצעות סנ-Beta) מראה ירידה של 40% פוטנציאל התחממות גלובלית בהשוואה ל- PET מבוסס מאובנים והפחתה של 20% בהשוואה ל- PLA המבוססת על תסיסה, בעיקר בשל קלט אנרגיה נמוכה יותר ותשואות גבוהות יותר עבור PEF, LCAs מצביעים על כך שהייצור שלה באמצעות זרז מבוסס Pt-acatazation של צריכת האנרגיה הזו הוא נמוך יותר מאשר תמיכה כספית של מחזור חיים מצטברת של ® מאשר ® מאשר ®.

מנקודת מבט כלכלית, העלות של ייצור זרז והתחדשות היא חלק קטן של העלות התפעולית הכוללת ביו-רפיטריה בעלת ערך רב.השוק העולמי של ביופלסטיקה צפוי לגדול מ 10 מיליארד דולר ב-2023 ליותר מ-30 מיליארד דולר עד 2030, המונע על ידי רגולציה (למשל, האיחוד האירופי Single-Use פלסטיקs Directive) והבטחות קיימות חברותיות הון ב-CVicexitation הוא גדל עם מספר מפעלים ו-FDCA.

כיוונים עתידיים: לקראת מציאות מסחרית

כדי לממש את הפוטנציאל המלא של שיתוק הטרוגניים עבור ביופלסטים, כמה תחומים דורשים להתמקד:

  • (FLT:0 Catalyst יציבות בתנאים אמיתיים:FLT:1 מבחנים לטווח ארוך (1000+ שעות) בכורים רצופים עם הידרוליסיטים ביומסה אמיתיים נדרשים. Regeneration Protocols (השקיה, כביסה, הפחתה) יש להתאים את עצמם לשיקום פעילות ללא הרס המבנה הזרז.
  • (FLT:0) אינטגרציה של upstream ו- downstream עיבוד:FLT 1:1 תגובות קטליטיות צריך להיות משולב עם טיפול ביומסה (למשל, הידרוליזה חומצית, פיצוץ קיטור) והפרדה של המוצר (למשל, מסנן סינון, גביש) כדי להפחית את צריכת האנרגיה ואת העלות.
  • (ב) ⁇ :0) הרחבת זרזי מתכת שאינם מבולבלים: 1 Ni, Cu, Fe, ו-Co הם מבטיחים אך סובלים מניתוק וניתוק בתקשורת מרוחקת.
  • (FLT:0) עיצוב כור כורים:FLT:1 נע בין עומסי רכב לכורים מעוכבים עבור פעולה רציפה דורש הידרודינמיקה זהירה וזרז חלקיקים זרז תהליך מודלים באמצעות נוזל דינמיט חישובי (CFD) יכול להאיץ פתרון בעיות.
  • (FLT:0) תהליכים היברידיים של ביוקטליטיים:FLT:1 משלב תסיסה עם שדרוג chemocatalytic - למשל, תסיסה סוכרים לחומצה לקטקטית, ואז להמיר מבחינה כימית ללקטד באמצעות קטליטיזה heterogeneous - עשוי להציע את הטוב ביותר של שני העולמות:סלקטיביות גבוהה מביולוגיה ופרודוקטיביות גבוהה מכימיה.

לסיכום, שיתוק heterogeneous אינו רק טכנולוגיה עזר, אלא גם מאפשר יסוד למהפכה הביופלסטיקה. על ידי המרת הזנות מתחדשות ישירות למונומרים בעלי ערך גבוה עם פסולת מינימלית, זרז מוצק להתאים ייצור כימי עם עקרונות של מעגליות וקיימות.האתגרים של הדה-פעולה והעלות מטופלים באמצעות מאמץ סינרגי של מדע, תגובה, ומודלים אלה אינם יכולים לצפות לשמן פלסטיק, כמו גם ממאמץ גרעיני, כמו גם בעתיד.

(ב) ◄ .

  • (FLT:0Climent, Corma & Iborra (2016) "Conversion of biomass פלטפורמה מולקולות לתוך תוספי דלק נוזלי הידרופחמן" - ביקורות כימיות
  • (FLT:0) דגיאמפט, שואו &אמפ; ליו (2020) "קטאליזה heterogeneous לייצור ביופלסטים: סקירה" - כתב העת של CatalysisFLT 1
  • (בלטינית:0) Bioplastics - שוק נתונים 202303033FLT:1
  • (ב) ויקרא י"א) ויקרא (בראשית כ"ד) "מקדשים" (ב)"ב[[1924]]