科學家的這一發明將使價值數十億美元的塑料和橡膠行業引起巨大改變。
一般用于制造輪胎、玩具和其他各種產品的合成橡膠和塑料都是用丁二烯生產的,通常丁二烯單體是由石油或天然氣制造而成的,因此對環境會造成很多的污染。
來自特拉華大學,美國明尼蘇達大學和麻省理工大學的科學家團隊發明了一種利用可再生能源,如樹木、草和玉米來生產丁二烯的工藝。
這項研究成果將在美國化學學會的ACSSustainable Chemistry and Engineering發表,該研究的作者均屬于特拉華大學能源創新催化中心(CCEI),它也是由美國能源部資助的在能源領域的前沿研究中心。
CCEI的主任Dionisios Vlachos、 Allan、Myra Ferguson和研究的合著者,說“我們的科研團隊最近發現了一種新的催化劑,并與新的優異的化學技術結合在一起,研發出了超高產率、低成本的丁二烯,這項研究將在產值數十億美元的塑料和橡膠行業引起巨大改變。”
日常生活中廣泛使用的材料中的主要的化學成分就是丁二烯。
當這種四碳分子經歷化學反應而形成聚合物的長鏈時,即可形成用于制造耐磨輪胎的丁苯橡膠(SBR), 當混合其他組分制成丁腈橡膠(NBR)時,它又可成為軟管,密封件和醫用橡膠手套的主要成分。
在塑料領域,丁二烯是丙烯腈 - 丁二烯 - 苯乙烯(abs)的主要化學成分,ABS是一種硬塑料,可以成型為各種剛性形狀。
堅韌的abs塑料可用于制造視頻游戲機,汽車零件,運動用品,醫療器械和互鎖塑料玩具磚等產品。
新化學三步法制造技術是從生物質衍生糖開始的,使用CCEI開發的技術,該團隊首先將糖轉化為稱為糠醛的環狀化合物。
在第二步中,該團隊進一步將糠醛加工成另一種稱為四氫呋喃(THF)的環狀化合物。
正是在第三步,該科研團隊在化學制造技術上有了突破性的進展。他們通過使用CEEI中心研發的新型催化劑“磷全硅沸石”,成功以高產率(大于95%)的方法將THF轉化為丁二烯。
該科研團隊稱這種新的選擇性反應為“脫水 – 脫環”反應,以此來表示其同時去除水和使環狀化合物開環的能力。