Электролиз воды помог извлечь ценные соединения из древесных отходов

Группа учёных представила электрохимический способ расщепления лигнина — полимера, обеспечивающего жёсткость растительных клеток, — на мономерные соединения, пригодные для производства топлива и химикатов. Результаты опубликованы в журнале Applied Catalysis B: Environment and Energy.

В основе метода — палладий-углеродный катализатор с содержанием палладия 5% по массе. Система генерирует реактивный водород непосредственно на поверхности катализатора путём электролиза воды, что исключает необходимость подачи газообразного водорода извне, а также применения высоких температур и давления. Катализатор действует по двухфункциональному механизму: оксид палладия разрывает углерод-кислородные связи лигнина, а металлический палладий гидрирует образующиеся фрагменты, превращая их в стабильные вещества — циклогексанол и циклогексан.

На модельных соединениях, имитирующих наиболее прочные связи лигнина типа 4-O-5, достигнута полная конверсия за 90 минут при 70°C и плотности тока 50 мА/см². Селективность по целевым мономерам превысила 99%. Одно из тестовых соединений полностью разложилось уже при 30°C.

При испытании на реальной березовой биомассе выход фенольных мономеров составил 19,6% от массы исходного сырья за четыре часа. Среди полученных продуктов — производные сирингола и гваякола, применяемые в производстве топлива и материалов. Добавление 30% изопропанола повысило равномерность реакции и эффективность использования электроэнергии.

Авторы отмечают, что достигнутый выход из натуральной биомассы пока недостаточен для промышленного масштабирования. Дальнейшие исследования будут направлены на повышение эффективности процесса и его адаптацию к непрерывному производству.

Источник: Interesting Engineering