釜山大学开发纤维素转化为酒精的环保技术…高附加值化学原料重获新生
应用化学工程系 Je Jeongho 教授团队论文刊登学术期刊
超临界二氧化碳投入力反应效率提升超5倍
有望应用于医药、化妆品和化学产品等行业
一条利用非传统石油资源、而是碳中和植物性资源“纤维素”作为高附加值化学原料的途径已经打开。
釜山大学（校长 Choi Jaewon）3日表示，该校应用化学工学部 Je Jeongho 教授研究团队成功开发出一项环保反应工艺，可将天然物质“纤维素”高效转化为多元醇。
多元醇（polyhydric alcohol）是指分子内含有2个以上醇羟基（-OH）的化合物，广泛应用于食品、医药和工业等多个领域。
“纤维素（cellulose）”是木材或草类等植物资源的主要组成成分，是地球上丰富存在的天然物质。近年来，为通过应对气候变化实现碳中和，人们正积极研究以碳中和的纤维素等环保资源替代传统石油资源作为碳源，用于生产塑料单体和可持续化学品的技术。
纤维素是由类似葡萄糖的多元醇分子数百至数千个连接而成的天然高分子物质。如果选择性切断这些键，就可以将其转化为工业上广泛使用的基础化学物质多元醇（如乙二醇、蔗糖等）。但由于纤维素通过氢键形成高度结晶的坚硬结构，要实现化学分解，现有方法主要采用使用高浓度硫酸的非环保工艺。
为克服这一问题，虽然已经开发出使用引入官能团的活性炭等固体酸催化剂的水溶剂基础反应体系，但由于固体纤维素与固体催化剂之间的接触受限，反应效率和反应速度明显偏低，这成为一大缺点。
在本次研究中，研究团队将超临界状态的二氧化碳引入现有固体酸催化剂工艺中，叠加利用由碳酸产生的酸催化效应以及作为反应溶剂的效应，相比传统工艺，成功将反应效率提升到5倍以上。
所谓超临界，是指超过某一特定温度和压力、液体与气体不再区分的临界点（critical point）之后的状态。超临界流体同时具有液体和气体的性质，其密度与液体相近，而黏度与气体类似。凭借这种特性，超临界流体被广泛应用于溶剂、萃取、清洗等各类工业领域。
Je Jeongho 教授团队特别是与成均馆大学研究团队合作，通过对反应器的实时监测证明，催化剂颗粒吸附在水与超临界二氧化碳的界面上，形成乳状液（emulsion）液滴，而亲水性的纤维素被困于乳状液滴内部的水溶剂相中。
通过反应动力学（kinetics）实验，研究团队在分子层面揭示出，这种纳米液滴的受限空间可降低纤维素分子的熵（entropy，无序度），并提高固体催化剂与纤维素分子的接触效率（扩散速度），从而使反应效率得到飞跃式提升。
除高反应效率外，反应结束后通过降低压力，二氧化碳会再次以气体形式被回收，并与产物自发分离，因此不会出现传统酸碱中和或溶剂分离等问题，这也是该工艺具备环保性的另一大优势。
近期，为实现净零排放（Net-Zero，温室气体净排放为零）和碳中和，以碳中和植物性资源替代传统石油资源作为化学原料已成为全球性议题。特别是从纤维素生产多元醇的化学反应，由于多元醇在医药、化妆品及化学产品等领域的工业应用范围极为广泛，被寄予极高的产业化期待。
本次研究在科学技术信息通信部和韩国研究财团的中坚研究者支援项目、基础研究室项目以及气候变化应对技术开发项目的资助下完成，由釜山大学应用化学工学部 Je Jeongho 教授担任通讯作者，Kim Hanung 博士为第一作者，并与成均馆大学、首尔市立大学及生产技术研究所研究团队共同合作开展。相关研究成果已刊登在国际学术期刊《Chemical Engineering Journal》8月1日出版的期刊上。
版权所有 © 阿视亚经济 (www.asiae.co.kr)。 未经许可不得转载。
