Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật hóa học: Nghiên cứu tổng hợp một số hợp chất furan và axit levulinic từ phế liệu gỗ keo tai tượng

Mục đích nghiên cứu của tóm tắt luận án "Nghiên cứu tổng hợp một số hợp chất furan và axit levulinic từ phế liệu gỗ keo tai tượng" là xác định được các điều kiện công nghệ thích hợp đường hóa phế liệu gỗ keo tai tượng bằng các phương pháp khả thi và thân thiện môi trường nhất, để ứng dụng cho chuyển hóa thành các hóa chất cơ bản; chế tạo được các hệ xúc tác axit rắn sulfo hóa có hoạt tính axit cao trên nền cacbon hữu cơ, dẫn xuất từ các nguồn sinh khối phế thải;... Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật hóa học: Nghiên cứu tổng hợp một số hợp chất furan và axit levulinic từ phế liệu gỗ keo tai tượng GIỚI THIỆU1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu Với sự gia tăng dân số thế giới, nhu cầu năng lượng và hợp chất hữu cơ vẫn tiếp tụctăng. Xã hội hiện đại phụ thuộc nhiều vào nguồn tài nguyên thiên nhiên, như dầu mỏ, khíđốt, than đá, bởi chúng cung cấp cho nhân loại khoảng 80% năng lượng và khoảng 90%nguồn cacbon làm nguyên liệu cho công nghiệp hóa chất. Như đã biết, sinh khối thực vật chứa tới 75% là hydrat cacbon. Hạn chế chính cảntrở sử dụng trực tiếp hydrat cacbon làm nguyên liệu trong công nghiệp hóa chất và lĩnh vựcnăng lượng, là sinh khối có hàm lượng oxi cao. Ngoài ra, phần lớn hydrat cacbon của sinhkhối (60-80%) tồn tại dưới dạng polyme khó tan (cellulose và hemicellulose), không thể sửdụng trực tiếp trong các quá trình hóa học và thiết bị sản xuất năng lượng. Vì vậy cần chếbiến sinh khối thành dạng có hàm lượng oxi thấp hơn, phù hợp cho sử dụng trong côngnghiệp hóa chất, năng lượng và giao thông vận tải. Việc nghiên cứu công nghệ chế biến sinhkhối thực vật hiệu quả, cellulose hay hydrat cacbon nói riêng, thành các hợp chất hóa học cógiá trị, là lĩnh vực khoa học công nghệ cần ưu tiên của hóa học và công nghệ hóa học. Một trong những cách tiếp cận về chế biến sinh khối được phát triển mạnh nhất, dựatrên quá trình khử nước của hydrat cacbon thành các dẫn xuất furan, trong đóhydromethylfurfural (HMF) được xem là hóa chất cơ bản cho tổng hợp hầu hết các hợp chấtquan trọng đa dạng, kể cả polyme, dược phẩm, dung môi và nhiên liệu. Từ năm 2014 bắtđầu sản xuất HMF từ fructose ở quy mô công nghiệp bằng công nghệ chuyển hóa xúc táckhử nước. Nguồn năng lượng hóa thạch ngày càng cạn kiệt cùng với các mối lo ngại về môitrường, việc tổng hợp của nhiên liệu sinh học và hóa chất có giá trị cao từ cacbohydrat đểgiảm bớt hoặc thay thế đã trở thành trọng tâm nghiêm cứu. Trong số các hóa chất đó, 5-hydroxymethylfurfural (5 – HMF) là một hợp chất nền quan trọng được tổng hợp từ phảnứng khử nước các phân tử đường đơn có thể thu được từ quá trình thủy phân sinh khốilignocellulose. Ngoài ra 5-HMF còn chuyển hóa linh hoạt thành các hợp chất có giá trị caonhư levulinic axit. Tổng hợp axit levunilic làm phụ gia nhiên liệu và hóa chất cơ bản, từ phế liệu gỗ keotai tượng, nguồn phế thải sản xuất bột giấy hiện này, là nghiên cứu có ý nghĩa khoa học vàthực tiễn cao, phù hợp với xu hướng phát triển công nghệ hóa chất và vật liệu mới từ nguồnnguyên liệu tái sinh, đáp ứng phát triển hóa học bền vững và khả năng sản xuất hóa chấtkhông sử dụng nguồn nguyên liệu hóa thạch. Ý tưởng và mục tiêu của hướng nghiên cứu, làtích hợp toàn bộ quá trình chuyển hóa một dạng vật liệu lignocellulose là phế liệu gỗ thànhcác hóa chất cơ bản, trong đó các hợp chất furan không no (furfural và 5-HMF) là các loạihóa chất cơ bản đồng thời cũng là hợp chất trung gian để tổng hợp các hợp chất furan no (2-methylfuran và 2,5-dimethylfuran). Các quá trình chuyển hóa đều là chuyển hóa xúc tác. Vìvậy, hướng nghiên cứu bao gồm cả chế tạo xúc tác các phản ứng chuyển hóa từ chính nguồnnguyên liệu lignocellulose này và một số phế phẩm lignocelulose phổ biến (sọ dừa, bã mía,lignin dẫn xuất từ phế liệu gỗ). Xúc tác axit rắn là một trong những loại xúc tác được tậptrung nghiên cứu nhiều trên thế giới trong những năm gần đây. Quá trình chuyển hóa đường (C5,C6) thành furfural và 5-HMF tương ứng có thể sửdụng nhiều loại xúc tác khác nhau, nhưng xúc tác axit rắn chế tạo từ chính phế liệu gỗ, sọ dừa,bã mía và lignin dẫn xuất từ phế liệu gỗ là sự lựa chọn phù hợp, bởi không chỉ cho hiệu quảchấp nhận được, mà sự có mặt của nhóm cacbon-oxi trên bề mặt xúc tác, làm cho vật liệu 1cacbon ưu nước hơn, tạo thuận lợi cho các phản ứng chuyển hóa diễn ra trong môi trường nướcvà dung môi hữu cơ. Quá trình chuyển hóa furfural và 5-hydroxymethylfurfural từ dung dịch mà không phải ởdạng đơn chất tinh khiết, thành 2-methylfuran và 2,5-dimethylfuran là một quá trình chuyển hóaphức tạp, đồng thời tách sản phẩm thành dạng có thể sử dụng làm nhiên liệu, cũng là một quátrình phức tạp, vì vậy nghiên cứu sâu và cơ bản là cần thiết. Việt Nam giàu tiềm năng các nguồn sinh khối lignocellulose đa dạng, trong đó gỗ nguyênliệu giấy là dạng vật liệu có tính chất phù hợp và dễ chế biến hơn cả, so với các dạng nguyên liệuphi gỗ khác. Sản lượng dăm mảnh nguyên liệu giấy ước đạt >15 triệu tấn/năm, chủ yếu phục vụxuất khẩu, trong khí đó ngành công nghiệp giấy mới chỉ sử dụng khoảng gần 1 triệu tấn mỗi nămlàm nguyên liệu sản xuất bột giấy các loại. Trong quá trình chế biến dăm mảnh nguyên liệu giấy,lượng dăm mảnh vụn là phế liệu gỗ hình thành chiếm khoảng 2% so với khối lượng dăm mảnh,tập trung tại các nhà máy chế biến dăm mảnh. Gỗ ...