این ماده گیاهی نادیده گرفته شده که سالها به عنوان زباله سوزانده میشد، آماده است تا نحوه ساخت نایلون را تغییر دهد
این ماده گیاهی نادیده گرفته شده که سالها به عنوان زباله سوزانده میشد، آماده است تا نحوه ساخت نایلون را تغییر دهد
بیشتر مردم نایلون را به عنوان مادهای که روی برچسبهای لباسشان ذکر شده است، دیدهاند، اما نایلون در مجموعهای از محصولات دیگر نیز استفاده میشود، از جمله قطعات خودرو، عایق سیم و لوازم پزشکی.
متأسفانه، یکی از اجزای سازنده نایلون، اسید آدیپیک، از بنزن مشتق شده از نفت از طریق فرآیندهای انرژیبر تولید میشود و ردپای کربن نسبتاً بالایی دارد.
با این حال، ممکن است روش بهتری برای تولید این پلیمر رایج وجود داشته باشد.
یک مطالعه جدید که در مجله نیچر منتشر شده است، روش جدیدی را برای تبدیل لیگنین از گیاهان به اسید آدیپیک با بازده بالاتر از تلاشهای قبلی گزارش میدهد.
این روش از فرآیندهای پالایشگاههای نفت الهام گرفته شده است، اما از میکروبهای مهندسی شده نیز برای انجام برخی از فرآیندهای شیمیایی انتخابی استفاده میکند.
بخش «اخبار و دیدگاهها» در مورد این تحقیق نیز در مجله نیچر منتشر شده است.
پتانسیل لیگنین
لیگنین یک پلیمر آروماتیک است که گیاهان را سفت و سخت میکند. این پلیمر یکی از فراوانترین پلیمرهای آلی روی زمین و احتمالاً بزرگترین جزء دستنخورده زیستتوده است.
سالانه میلیونها تن لیگنین به عنوان محصولات جانبی کاغذ و سوختهای زیستی باقی میماند که بیشتر آنها به عنوان سوخت کمارزش سوزانده میشوند.
لیگنین از نظر فنی پتانسیل تبدیل شدن به مواد شیمیایی صنعتی بسیار مفید را دارد، اما محققان هنوز نفهمیدهاند که چگونه لیگنین را به مولکولهای ساده و با ارزش بالا،
مانند: ترکیبات آروماتیک، به اندازه کافی کارآمد تبدیل کنند تا بتوان این کار را در مقیاس بزرگ انجام داد.
محصول جانبی حاوی لیگنین اغلب ترکیبی نامرتب است که کار با آن دشوار است.
نویسندگان این مطالعه جدید مینویسند: «لیگنین مدتهاست که به عنوان منبعی از ترکیبات آروماتیک مورد توجه قرار گرفته است، اما ترکیب ناهمگن و واکنشپذیری شیمیایی آن، کاربرد آن را به عنوان یک ماده اولیه شیمیایی محدود میکند. لیگنین اغلب در طول استخراج از زیستتوده تخریب میشود و اکثر روشهای دپلیمریزاسیون لیگنین فقط پیوندهای C-O را میشکنند و در نتیجه مخلوطهای پیچیدهای از فنولهای مونومری و الیگومری تشکیل میشوند.»
به همین دلیل، روشهای موجود تبدیل لیگنین معمولاً به حدود 20 درصد وزنی بازده برای هر محصول واحد میرسند که برای تولید رقابتی بسیار کم است.
این محصولات اغلب کوکتلهای پیچیدهای از ترکیبات فنولی بودند که جداسازی آنها دشوار است و برای ارتقاء بیشتر ایدهآل نیستند.
اما یافتن مسیری با بازده بالا از لیگنین به اسید آدیپیک یا پیشسازهای نایلونی مشابه میتواند منجر به کاهش قابل توجه نه تنها در ضایعات زیستتوده لیگنین، بلکه در ردپای کربن بالای پلاستیکهای پتروشیمی نیز شود.
ترکیب فرآیندهای پالایش نفت با باکتریها برای تبدیل لیگنین
تیم درگیر در این مطالعه جدید با ترکیب مجموعهای از مراحل برای ساخت اسید آدیپیک از لیگنین، یک راهحل بالقوه پیدا کرده است. فرآیند آنها ترکیبی از برخی استراتژیهای معمول الهام گرفته از پالایشگاه نفت به همراه کمک باکتریها است.
این تیم با شروع از تراشههای چوب صنوبر، از جزء به جزء کاتالیزوری کاهشی (RCF) برای استخراج و دپلیمریزاسیون جزئی لیگنین به روغنی غنی از مونومرها و الیگومرهای فنلی استفاده کرد.
سپس روغن را از طریق یک راکتور هیدرودئوکسیژناسیون مداوم قرار دادند که آن را از اکسیژن و گروههای فنلی که اکسیداسیون را مختل میکنند، عاری میکند.
مرحله اکسیداسیون بعدی، پیوندهای کربن را در آلکیل آروماتیکهای حاصل میشکند و سپس اکسیژن را دوباره وارد میکند تا مخلوطی از اسیدهای کربوکسیلیک آروماتیک محلول در آب ایجاد شود.
سپس این تیم از یک فرآیند منحصر به فرد شامل یک باکتری مهندسی شده به نام سودوموناس پوتیدا استفاده کرد که بیشتر اسیدهای کربوکسیلیک آروماتیک موجود در مخلوط را به ترکیبی به نام موکونولاکتون تبدیل میکند. سپس موکونولاکتون میتواند به صورت شیمیایی به اسید آدیپیک تبدیل شود.
تلاش برای افزایش بازده
بازده ۲۶ درصد وزنی برای تولید صنعتی کاملاً کافی نیست، اما بهبود در این فرآیند، آن را به جایگزینی مناسب برای تولید اسید آدیپیک نزدیکتر میکند.
در حال حاضر، محدودیتهایی در مورد میکروب مهندسیشده وجود دارد که هنوز قادر به متابولیزه کردن برخی از اجزای جزئی مخلوط اکسیداسیون نیست.
محدودیت دیگر این است که جداسازی کاتالیزوری کاهشی هنوز یک فناوری بالغ از نظر اقتصادی نیست و هنوز به حلالهای نسبتاً تمیز و کاتالیزورهای فلزات گرانبها نیاز دارد.
با این حال، این تیم نسبت به بهبودهای آینده در مورد این محدودیتها خوشبین است.
آنها مینویسند: "فرآیندهای مشابه پتانسیل اعمال شدن بر روی بسترهای لیگنین متراکم (به عنوان مثال، لیگنین کرافت) را دارند، که در انتظار توسعه آینده است.
با مهندسی متابولیک بیشتر، رویکرد تبدیل زیستی فعلی میتواند گسترش یافته و تنظیم شود تا شامل محصولات خوداکسیداسیون پیچیدهتر (به عنوان مثال، اسیدهای تری کربوکسیلیک بنزن) شود و تقریباً هر محصول بیولوژیکی قابل دسترسی را هدف قرار دهد."
این فرآیند تجربی منجر به بازده نهایی اسید آدیپیک حدود ۲۶ درصد وزنی (گرم اسید آدیپیک به ازای هر گرم لیگنین) شد، اما این تیم میگوید که این فرآیند از نظر تئوری میتواند با کمی بهینهسازی تا ۵۷ درصد وزنی نیز بازده داشته باشد.
آنها همچنین دریافتند که این رویکرد روی لیگنین از انواع مختلف چوب، از جمله صنوبر، کاج و توس، کار میکند که نشاندهنده انعطافپذیری گسترده مواد اولیه است.
تاریخ:1405/4/7
مهسا نعمتی
