环保所发表有关新型生物燃料5-乙氧基甲基糠醛合成进展的综述
作者： 来源： 2022-11-24
近日，农业农村部环境保护科研监测所在新型生物燃料5-乙氧基甲基糠醛（5-EMF）合成方面取得进展，系统综述了多种合成5-EMF的反应路径和反应机理，为催化体系的发展提供了建议；阐述了产物提取分离方法及其进一步应用，为5-EMF的合成提供了相关数据支撑。
图1. 5-乙氧甲基糠醛（5-EMF）的应用前景
为了应对日益严峻的能源危机并缓解环境问题，将可再生生物质催化转化为可再生燃料和增值化学品是化石原料最有前景的替代品之一。木质纤维素类生物质作为地球上最丰富的有机物，具有来源广泛、可再生、环境友好等诸多优点，有望替代传统化石能源，受到世界各国的广泛关注。在众多的生物质基衍生品中， 5-乙氧甲基糠醛（5-EMF）不仅仅是重要生物质燃料还是重要的平台化合物之一，可进一步转化为生物燃料和其他高附加值化学品。5-EMF添加剂在商用柴油混合发动机中的应用可以显著减少尾气中的烟尘。5-EMF的加氢产物具有较高的十六烷值，可能更适合作为商业燃料的添加剂。进一步将5-EMF升级为增值产品，可以在相关领域找到巨大的应用潜力。
本综述研究了通过5-(卤甲基)糠醛醇解或5-HMF醚化获得5-EMF的化学催化方法，重点关注了生物质衍生材料直接催化转化为5-EMF的方法。它们可以大致分为反应路线1(通过XMF)和反应路线2(通过5-HMF)。反应路线1以5-(卤甲基)糠醛为中间体，醇化5-(氯甲基)糠醛(CMF)或5-溴甲基糠醛(BMF)需在多相或均相酸催化剂的存在下。本文概述了生物质碳水化合物转化为CMF/BMF的反应机理。反应路线2可以使用多种不同的催化剂，但目前的方法在使用葡萄糖聚合物为底物时5-EMF收率低，且通过动力学研究阐明，仍需要更多的努力来开发有效的级联反应来合成5-EMF。并总结了均相或多相催化体系中5-EMF合成的反应路径和反应机理，为催化体系的发展提供了建议。给出了一种多准则评估评估工具，作为从生物质合成5-EMF路径的可持续性评估方法。潜在的研究方向包括在创新反应体系中从生物质衍生化合物直接合成5-EMF，以及5-EMF生产的技术经济研究。
图2. 生物质催化转化合成5-乙氧基甲基糠醛（5-EMF）
该成果以题为“Critical Assessment of Reaction Pathways for Next-Generation Biofuels from Renewable Resources: 5‑Ethoxymethylfurfural”发表于《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》杂志上。郭海心博士为论文第一作者，郭海心博士和日本东北大学Richard Lee. Smith, Jr教授为论文通讯作者，此外日本东北大学研究生Taishi Dowaki、农业农村部环境保护科研监测所申锋博士、南开大学漆新华教授共同参与了本文的撰写。
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