Новая реакция облегчает производство биодизеля
Работа, которая еще находится на предварительной стадии, теоретически может позволить осуществлять производство биодизельного топлива исключительно из возобновляемых источников, исключив необходимость применения метанола, синтезируемого из нефтяного сырья.
Получение одного из видов биодизеля – метиловых эфиров жирных кислот – заключается в трансэтерификации растительных жиров метиловым спиртом. Образование метиловых эфиров жирных кислот из жиров сопровождается образованием глицерина, причем масса этого сырого глицерина составляет около 10% от массы образующегося биотоплива. Несмотря на то, что очистка такого глицерина представляет собой непростую задачу, исследователи пытаются разработать способ превращения этого вещества во что-то полезное. Определенных успехов уже удалось достичь в превращении глицерина в акролеин, который может использоваться в качестве прекурсора для синтеза гербицидов или полимеров.
Эта реакция обычно катализируется кислотами, однако исследователи из Университета Кардиффа предположили, что для нее может также использоваться и основный катализ, и изучили возможность ее проведения в присутствии каталитических количеств оксида магния. К удивлению исследователей оказалось, что продуктом реакции является не акролеин, а метанол.
Предлагаемый механизм образования метанола из глицерина. (Рисунок из Nat. Chem., 2015, DOI: 10.1038/nchem.2345)
В результате многочисленных экспериментов, включавших введение изотопных меток в реагенты, исследователи установили, что восстановление глицерина до метанола происходит за счет расщепления связей углерод-углерод, а источником водорода для восстановления была вода. Предполагается два возможных пути процесса – один начинается с двойного дегидрирования глицерина до акролеина, а другой протекает через образование этиленгликолевого радикала и гидроксиэтаналя.
По словам одного из участников проекта, обнаруженный процесс представляет собой принципиально «новую химию», которая ранее не обсуждалась в литературе. Дальнейшее исследование показало, что диоксид церия представляет собой более эффективный катализатор, чем оксид магния: его применение позволяет провести полную конверсию глицерина с селективностью по метанолу 60%. Работа находится еще на ранней стадии, но уже сейчас можно говорить о том, что рано или поздно удастся проводить переэтерификацию растительных масел метанолом, полученным из глицерина, образовавшегося в процессе предыдущих стадий переэтерификации.
Специалист по каталитическим процессам Эдман Цанг (Edman Tsang) из Оксфорда описывает результат как несколько шокирующий, хотя и в хорошем смысле. Увеличение запасов глицерина в ходе производства биодизеля представляет собой существенную экологическую проблему, и он сам, как и многие его коллеги, пытался эту проблему решить. По его словам, разработанный процесс отличатся простотой, которая позволит его использовать, однако он полагает, что еще необходимо изучить долгосрочную стабильность катализатора, а также опасается, что большое количество минорных продуктов расщепления глицерина может увеличить стоимость очистки биометанола.
Источник: Nat. Chem., 2015, DOI: 10.1038/nchem.2345
