化学研究者が再生可能な塗料、コーティング剤、紙おむつを作る触媒を発見(Chemical researchers discover catalyst to make renewable paints, coatings, and diapers)

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研究成果により、樹木やトウモロコシからバイオリニューアブルな素材を製造できるようになる Research discovery will enable the manufacturing of biorenewable materials from trees and corn

2023-01-09 ミネソタ大学

 ミネソタ大学ツインシティーズの研究者が率いるチームは、木やトウモロコシなどの再生可能な材料を、塗料、コーティング剤、高吸水性ポリマーに使用される主要化学物質のアクリル酸、アクリレートに変換する画期的な新しい触媒技術を発明した。また、この新しい触媒技術は高効率であるため、再生可能化学品の製造コストを削減することができます。
新触媒は、トウモロコシ由来の乳酸系化学品を、これまでで最も高い収率でアクリル酸およびアクリレートに変換します。この技術は、他の主要な触媒と比較すると、かなり高い性能を示しています。
本研究は、米国化学会の主要なオープンアクセス学術誌であるJournal of the American Chemical Society Gold(JACS Au)のオンライン版に掲載されました。
アクリル酸やアクリル酸エステルは、塗料やコーティング剤、粘着剤、おむつに使われる高吸水性素材など、日常的に使用されているため、一般に最もよく知られています。これらの化学物質や材料は、前世紀に渡って化石燃料から作られてきました。しかし、ここ数十年、トウモロコシ産業は食料や家畜の飼料にとどまらず、有用な化学物質を製造するまでに発展している。そんなトウモロコシ由来の化学物質のひとつに、持続可能な乳酸があります。この乳酸は、日常的に多く使われている再生可能で堆肥化可能なプラスチックの製造に欠かせない原料です。
乳酸は、触媒を使ってアクリル酸やアクリレートに変換することもできる。しかし、この新しい触媒が発見されるまでは、従来の触媒は収率が低く、プロセス全体が高価になるという非常に効率の悪いものでした。
新しい触媒の配合は、収率を向上させ、廃棄物を減らすことによって、トウモロコシから再生可能なアクリル酸とアクリレートを製造するコストを大幅に削減することができます。これにより、初めて再生可能なアクリル酸の価格が化石由来の化学物質よりも下がる可能性があります。
この新しい触媒が生み出す経済的機会を追求するのは、低コストの再生可能アクリル酸とアクリル酸エステルの製造を目指す新興企業、Låkril Technologies社です。ミネソタ大学から触媒技術のライセンスを受けることで、Låkril Technologiesは研究所の枠を超えてこの技術を発展させることになります。

<関連情報>

乳酸メチルからアクリル酸への選択的脱水を可能とする多官能アミン修飾剤 Multifunctional Amine Modifiers for Selective Dehydration of Methyl Lactate to Acrylates

Yutong Pang, ChoongSze Lee, Bess Vlaisavljevich, Christopher P. Nicholas and Paul J. Dauenhauer
JACS Au  Published:January 9, 2023
DOI:https://doi.org/10.1021/jacsau.2c00513

Abstract

Dehydration of methyl lactate to acrylic acid and methyl acrylate was experimentally evaluated over a Na-FAU zeolite catalyst impregnated with multifunctional diamines. 1,2-Bis(4-pyridyl)ethane (12BPE) and 4,4′-trimethylenedipyridine (44TMDP), at a nominal loading of 40 wt % or two molecules per Na-FAU supercage, afforded a dehydration selectivity of 96 ± 3% over 2000 min time on stream. Although 12BPE and 44TMDP have van der Waals diameters approximately 90% of the Na-FAU window opening diameter, both flexible diamines interact with internal active sites of Na-FAU as characterized by infrared spectroscopy. During continuous reaction at 300 °C, the amine loadings in Na-FAU remained constant for 12BPE but decreased as much as 83% for 44TMDP. Tuning the weighted hourly space velocity (WHSV) from 0.9 to 0.2 h–1 afforded a yield as high as 92% at a selectivity of 96% with 44TMDP impregnated Na-FAU, resulting in the highest yield reported to date.

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