研究团队开发生物基尼龙工艺

在T恤、长袜、衬衫和绳索中，或者作为降落伞和汽车轮胎的组件，聚酰胺作为合成纤维随处可见。20世纪30年代末，这种合成聚酰胺被命名为“尼龙”。Nylon-6和Nylon-6.6是两种聚酰胺，占据全球尼龙市场约95%的份额。

到目前为止，它们都是由化石原料生产的。然而，这种石化过程对环境有害，因为它排放的有害气候的一氧化二氮(笑气)占全球的10%左右，并且需要大量能源。亥姆霍兹中心电子生物技术工作组组长FalkHarnisch博士表示：“我们的目标是使整个尼龙生产链对环境友好。如果我们使用生物基废物作为原料并使合成过程可持续，那么这是可能的。”环境研究(UFZ)。

由FalkHarnisch和RohanKarande博士(莱比锡大学/生物活性物质b-ACT物质研究和转移中心)领导的莱比锡研究人员在《绿色化学》上发表的一篇文章中描述了如何实现这一目标。例如，尼龙含有约50%的己二酸，迄今为止工业上己二酸是从石油中提取的。

首先，苯酚转化为环己醇，然后转化为己二酸。这种能源密集型过程需要高温、高气压和大量有机溶剂。它还释放大量的一氧化二氮和二氧化碳。研究人员现已开发出一种方法，可以利用电化学过程将苯酚转化为环己醇。

“其背后的化学转化与现有工艺相同。然而，电化学合成用电能代替氢气，电能发生在水溶液中，并且只需要环境压力和温度，”Harnisch解释道。

为了使该反应尽可能快速有效地进行，需要合适的催化剂。这将使反应所需的电子产率和苯酚转化为环己醇的效率最大化。在实验室实验中，使用碳基铑催化剂显示出最佳产率(几乎70%的电子和略高于70%的环己醇)。

“相对较短的反应时间、高效的产率、能源的有效利用以及与生物系统的协同作用，使得该工艺对于己二酸的联合生产具有吸引力，”UFZ化学家、第一人MicjelChávezMorejón博士说道。该研究的作者。

在早期的研究中，由KatjaBühler博士和BrunoBühler博士领导的另外两个UFZ工作组发现了假单胞菌细菌如何在第二步中将环己醇转化为己二酸。“到目前为止，还不可能通过微生物将苯酚转化为环己醇。我们通过电化学反应缩小了这一差距，”RohanKarande博士说，他目前正在与莱比锡大学UFZ合作继续这项工作。

莱比锡的研究人员通过开发由化石原料生产的苯酚的替代品，能够缩小环保尼龙生产的另一个差距。为此，他们使用了丁香酚、儿茶酚和愈创木酚等单体，所有这些单体都是木质素(木材工业的废品)的降解产物。

“对于这些模型物质，我们已经能够证明，我们可以一起一直到己二酸。”Harnisch说。RohanKarande补充道，“全世界生产己二酸约450万吨。如果我们利用木材工业的废品来生产己二酸，将对世界市场产生相当大的影响。”

然而，木质素尼龙要进入市场还有很长的路要走。例如，迄今为止，科学家们在22小时的整个过程中已经实现了57%的产率(即通过微生物和电化学反应步骤从木质素残渣中的单体转化为己二酸)。“这是一个非常好的产量，”MicjelChávezMorejón说道。

结果仍然基于毫升规模的实验室测试。扩大这一进程的先决条件将在未来两年内创造。这种技术转让不仅需要更好地了解整个过程，还需要使用真实的木质素混合物而不是模型混合物(到目前为止的情况)以及电化学反应器的改进。Harnisch和Karande表示：“木质素尼龙工艺体现了电化学-微生物工艺的巨大潜力，因为可以通过组合各种组件的智能方式建立最佳工艺链。”

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