BÀI TIỂU LUẬN HMF , năng lượng sinh học

BÀI TIỂU LUẬN

Tổng hợp 5-hydroxymethylfurfural (HMF)
từ Biomass


Lignocellulose – Nguồn nguyên liệu sinh học

Ưu điểm của nguyên liệu sinh học



Nguồn cung phong phú dồi dào



Có thể tái tạo trong thời gian ngắn



Thân thiện vs môi trường

……


Lignocellulose – Nguồn nguyên liệu sinh học

Bao gồm

•
•

•

Cellulose
Hemicellulose
Lignin

Hiện nay đã có một lượng lớn chất hóa học sản xuất từ nguồn nguyên liệu sinh học, trong đó 5Hydroxymethylfurfural (HMF) đóng vai trò quan trọng.


HMF


Quy trình tổng hợp HMF
NGUYÊN LIỆU

hemicellulose

TIỀN XỬ LÝ

enzim

Lignin bị phá vỡ

Thủy phân

Đồng phân hóa

GLUCOSE

HMF

FRUCTOSE


TIỀN XỬ LÝ
Mục đích

•

Giảm độ kết tinh của cellulose.

•

Phá vỡ cấu trúc lignin.

•

Loại bỏ một phần hemicellulose.

•

Làm tăng diện tích tiếp xúc của cellulose với enzim trong quá trình tạo thành đường.


TIỀN XỬ LÝ

Phương pháp

Xử lý vật lý

Xử lý hóa học

•
•
•
•

•
•
•
•
•

Nghiền
Nổ bằng hơi nước áp lực
Bức xạ chùm electron
Xử lý vi sóng

Xử lý kiềm
Xử lý amoniac
Xử lý axit
Xử lý bằng tác nhân oxy hóa
Xử lý bằng dung môi hữu cơ


Phương pháp nghiền
Mục đích: Nghiền được sử dụng để loại bỏ rào cản lignin và giảm kích thước cellulose.

Quá trình nghiền được thực hiện bằng máy nghiền búa. Vật liệu trong máy nghiền được nghiền nhỏ do sự va
đập của búa với

thành vật liệu.

Máy nghiền
búa


Phương pháp nổ bằng áp lực hơi nước

Phương pháp nổ bằng áp lực hơi nước là một quá
trình tác động cơ học, hóa học và nhiệt độ lên hỗn
hợp nguyên liệu . Nguyên liệu bị phá vỡ dưới tác dụng
của nhiệt, hơi và áp lực do sự giãn nở của hơi ẩm và
các phản ứng thủy phân các liên kết glycozit trong
nguyên liệu.




Làm ẩm nguyên liệu
Giảm áp đột ngột


Thủy phân bằng axit
Xử lý thủy phân cơ bản gồm 2 giai đoạn

Trong công nghiệp sản xuất hóa chất sinh học , người ta thường xử dung axit cho quá trình thủy phân vì enzim celulase giá
thành cao.
Chọn axit H2SO4.

Thủy phân bằng enzim
Để thủy phân celulose đặc biệt là celulose tinh thể cần có sự tham gia của nhiều enzim. Celulase là một hệ ezim phức tạp gồm 3 enzim cơ
bản :





Edoglucanase
Exoglucanas
Β-glucosidase


Chuyển hóa glucose thành HMF

Ngoài sử dụng xúc tác Cr
Co

2+

3+

ta có thể sử dụng các ion khác như Mn

,… để xúc tác chuyển hóa glucose thành HMF

DMSO: demethyl sunfoxide (CH3)2SO
Hiệu suất HMF xúc tác bởi Cr

3+

trong DMSO ở các nhiệt độ khác nhau. Điều kiện phản ứng :

100mg cellulose, 4mL DMSO , 0.44 mmol CrCl3 .6H20

2+ 3+
, Fe ,


Đồng phân hóa glucose thành fructose

Hạn chế khi chuyển trực tiếp glucose thành HMF




Hiệu suất chuyển hóa không cao
Sản phẩm chuyển hóa có chứa nhiều sản phẩm phụ

Cần chuyển glucose thành fructose trước khi chuyển hóa thành HMF


Chuyển Fructose thành HMF

Chất xúc tác để chuyển hóa fructose thành HMF rất đa
dạng, được chia thành 2 nhóm chính :



Xúc tác axit ( chất lỏng đồng nhất, chất lỏng không

đồng nhất L-L,L-R,L-K)



Xúc tác kim loại

Ngoài ra còn được phân loại theo : axit hữu cơ, vô cơ,
muối và các chất khác.


Chuyển Fructose thành HMF

Chuyển hóa carbohydrat thành HMF bằng chất xúc tác muối Crom


Ứng dụng
HMF và dẫn xuất của HMF là sản phẩm quan trọng trong ngành công nghiệp polyme và nhiên liệu sinh học
HMF là dung môi quan trọng trong ngành hóa.
FDA là chất có khả năng thay thế axit tetraphtalic trong tổng hợp polime etylen tetraphtalic.


Cảm ơn thầy và các bạn
đã lắng nghe