I ricercatori dell’Università di Kyushu hanno sviluppato un dispositivo che combina un catalizzatore e una reazione di flusso a microonde per convertire in modo efficiente i polisaccaridi complessi in monosaccaridi semplici. Il dispositivo utilizza un processo di idrolisi a flusso continuo, in cui il cellobiosio – un disaccaride costituito da due molecole di glucosio – viene fatto passare attraverso un catalizzatore di carbonio solfonato riscaldato utilizzando le microonde. La successiva reazione chimica scompone il cellobiosio in glucosio. I loro risultati sono stati pubblicati sulla rivista ACS Chimica e Ingegneria Sostenibili.
La conversione della biomassa in risorse utili è oggetto di ricerca scientifica da decenni. I polisaccaridi della biomassa, zuccheri complessi a catena lunga che sono onnipresenti in natura, sono considerati una delle sostanze più promettenti per una conversione efficiente poiché possono essere convertiti in zuccheri semplici che, a loro volta, possono essere utilizzati in alimenti, prodotti farmaceutici e prodotti chimici. sintesi.
L’idrolisi è una delle reazioni chimiche più efficienti che convertono gli zuccheri a catena lunga in zuccheri semplici, solitamente utilizzando acidi come catalizzatori. Mentre molti catalizzatori acidi sono in forma gassosa o liquida, i catalizzatori acidi solidi – che, come descrive la parola, è un acido in forma solida – sono noti per essere più riciclabili e quindi sono stati un punto di attenzione per i ricercatori.
Tuttavia, i catalizzatori acidi solidi richiedono temperature elevate per reagire in modo efficiente. Per superare questo problema, il professore associato Shuntaro Tsubaki della Facoltà di Agricoltura dell’Università di Kyushu e il suo team hanno studiato l’applicazione di reazioni di flusso di microonde per riscaldare i catalizzatori solidi durante il processo di reazione.
“Le microonde formano un campo di reazione localizzato ad alta temperatura sul catalizzatore solido, che può portare a una maggiore attività catalitica mantenendo il sistema di reazione complessivo a una temperatura inferiore”, spiega Tsubaki. “Inoltre, possiamo fare in modo che il substrato scorra continuamente attraverso il recipiente di reazione dove vengono applicate le microonde al catalizzatore, con conseguente resa più elevata del prodotto desiderato.”
Il dispositivo sviluppato dai ricercatori utilizzava un catalizzatore acido solido composto da carbonio solfonato. Il cellobiosio, un disaccaride, è stato utilizzato come substrato zuccherino modello per testare il sistema. Nel loro dispositivo, una soluzione di cellobiosio veniva fatta passare attraverso il catalizzatore di carbonio solfonato che veniva riscaldato fino a 100-140 ℃ utilizzando le microonde. Il catalizzatore spezzerebbe quindi il cellobiosio attraverso l’idrolisi e produrrebbe il monosaccaride glucosio.
Una delle chiavi dell’efficienza del sistema è dovuta alla capacità di separare i campi elettrici e magnetici delle microonde.
“Le microonde producono sia campi elettrici che magnetici. Il campo elettrico provoca il riscaldamento di materiali dipolari come l’acqua. Questo è ciò che riscalda il cibo. Il campo magnetico, d’altra parte, induce il riscaldamento di materiali conduttivi come metalli e carbonio”, afferma Tsubaki. “Nel nostro dispositivo siamo riusciti ad aumentare l’attività catalitica separando i due campi, quindi utilizzando il campo elettrico per riscaldare la soluzione liquida di cellobiosio e allo stesso tempo utilizzare il campo magnetico per riscaldare il catalizzatore.”
Le reazioni catalitiche accelerate dalle microonde sono state applicate per una varietà di reazioni chimiche, tra cui la sintesi organica, il riciclaggio della plastica e la conversione della biomassa. Il team spera che, man mano che le fonti di energia rinnovabile continuano ad aumentare, la produzione chimica basata sull’elettricità come la loro aiuterà a spostare l’industria verso un futuro più verde.
“Ci aspettiamo che il nostro sistema contribuisca allo sviluppo di una sintesi chimica più sostenibile. Vorremmo anche esplorare l’utilità della nostra metodologia sull’idrolisi di altri polisaccaridi e sulle proteine per la produzione di amminoacidi e peptidi”, conclude Tsubaki .
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