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2018-12-10 科学网

  近日,中科院大连化物所王峰研究员团队与北京大学马丁教授合作,在生物质催化转化领域取得重要进展。相关成果“Selective production of phase-separable product from a mixture of biomass-derived aqueous oxygenates”(生物质基含氧化合物水溶液选择性制备相分离产品),发表在《自然-通讯》(Nature Communications)上。

  生物质能源的开发和应用,因其可再生性和环保性一直以来都是研究热点之一。其中ABE发酵液以淀粉或纤维素为原料,经丙酮丁醇梭菌发酵得到,是燃料和化学品的重要来源。ABE发酵液一般浓度较低,目前其利用方式为通过浓缩、分离等提纯过程得到纯品丙酮、丁醇及乙醇产物,不可避免地带来高能耗等问题,限制其广泛应用。因此,ABE发酵液理想的利用方式是不经分离而直接转化制备燃料或化学品。然而,对于生物质的直接转化而言,实现同时兼具高转化效率和产物高选择性仍面临巨大挑战。

  王峰科研团队采用锡掺杂的二氧化铈催化剂实现了ABE发酵液的直接催化转化,碳转化率可达到70%,主要产物为4-庚酮,其选择性高达86%。此外,在以往已报道的ABE发酵液转化的催化体系中,人们普遍认为水是催化剂的毒化剂,然而,在本工作的催化体系中,水却参与反应,促使目标产物4-庚酮的选择性生成。该过程以ABE水溶液为原料,而产品4-庚酮为油相,因此仅通过简单的倾倒和蒸馏即可获得95%纯度的4-庚酮。

  本项研究将铈基材料应用拓展至复杂的生物质转化体系,耦合生物发酵与化学催化过程,实现单一化学品的高选择性制备,既具有科学研究意义,又具有潜在应用前景。

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