Làm thế nào có thể sử dụng 5-hydroxymethylfurfural (HMF) như một hóa chất nền tảng trong sản xuất hóa chất tái tạo hoặc polyme dựa trên sinh học?

5-Hydroxymethylfurfural (HMF) đóng một vai trò quan trọng như là tiền thân của nhiên liệu và hóa chất dựa trên sinh học. Nó có thể được hydro hóa để sản xuất 2,5-dimethylfuran (DMF), một sự thay thế nhiên liệu tái tạo đầy hứa hẹn cho xăng. DMF được biết đến với mật độ năng lượng cao và các đặc tính đốt tuyệt vời, làm cho nó trở thành một ứng cử viên lý tưởng để sử dụng trong các động cơ đốt trong. HMF có thể được chuyển đổi thêm thành axit levulinic, đây là một chất trung gian quan trọng trong việc sản xuất các polyme dựa trên sinh học, chất hóa dẻo, dung môi và thậm chí là hóa chất nông nghiệp. Những biến đổi này cung cấp một con đường để thay thế các hóa chất và nhiên liệu có nguồn gốc từ dầu mỏ bằng các lựa chọn thay thế tái tạo, do đó góp phần làm xanh ngành công nghiệp hóa học và giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch.

Một trong những ứng dụng quan trọng nhất của HMF là trong quá trình tổng hợp các polyme dựa trên sinh học, đặc biệt thông qua việc chuyển đổi thành axit 2,5 furandicarboxylic (FDCA). FDCA là một monome quan trọng được sử dụng trong việc sản xuất polyetylen furanoate dựa trên sinh học (PEF), có thể đóng vai trò là một sự thay thế bền vững cho polyetylen terephthalate (PET), thường được sử dụng trong vật liệu đóng gói, hàng dệt may và chai. PEF thể hiện các tính chất cơ học vượt trội, bao gồm khả năng kháng hàng rào tốt hơn đối với khí (như oxy và carbon dioxide) và chất lỏng, làm cho nó trở thành một vật liệu lý tưởng cho các sản phẩm đóng gói đòi hỏi thời hạn sử dụng tăng cường. PEF có khả năng phân hủy sinh học và có thể được tái chế, góp phần giảm chất thải nhựa và các nguyên tắc kinh tế tuần hoàn tiến bộ. Việc thương mại hóa thành công PEF và các polyme dựa trên FDCA khác dự kiến ​​sẽ thay đổi các ngành công nghiệp đóng gói và nhựa bằng cách cung cấp một lựa chọn bền vững hơn so với nhựa truyền thống.

HMF cũng có thể được chuyển đổi thành dung môi dựa trên sinh học, ngày càng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, bao gồm sơn, lớp phủ, sản phẩm làm sạch và công thức dược phẩm. Ví dụ, các ete dựa trên HMF có thể được sản xuất, đóng vai trò là sự thay thế bền vững cho các dung môi hóa dầu truyền thống. Những dung môi này không chỉ có thể tái tạo mà còn thể hiện các đặc tính khả năng thanh toán tuyệt vời trong khi ít độc hại và biến động so với các đối tác có nguồn gốc từ dầu mỏ của chúng. Việc sử dụng các dung môi có nguồn gốc HMF cho phép các nhà sản xuất giảm sự phụ thuộc vào các hóa chất có hại, do đó cải thiện sự an toàn của công nhân và giảm tác động môi trường của các quy trình công nghiệp.

HMF có thể trải qua một loạt các biến đổi xúc tác để tạo ra các hợp chất thơm có giá trị cao như furfural, aldehyd thơm và axit thơm. Các hợp chất này là các khối xây dựng chính cho một loạt các ứng dụng công nghiệp, bao gồm sản xuất nhựa, nhựa, hương vị và nước hoa. Ví dụ, furfural được sử dụng trong sản xuất rượu furfural và rượu furfuryl, cả hai đều được sử dụng trong sản xuất nhựa cho các xưởng đúc và chất kết dính, cũng như trong ngành công nghiệp hóa học như dung môi và chất trung gian. Khả năng tổng hợp các hợp chất thơm có giá trị này từ HMF giúp thiết lập một chuỗi cung ứng bền vững cho các hóa chất có nguồn gốc truyền thống từ các nguồn không thể tái tạo.

Do 5-hydroxymethylfurfural (HMF) được sản xuất từ ​​sinh khối, nó vốn đã cung cấp một tuyến trung tính carbon để sản xuất hóa chất và vật liệu, vì carbon được giải phóng trong quá trình chuyển đổi thành hóa chất hoặc nhiên liệu được bù đắp bởi carbon được hấp thụ bởi sinh khối trong quá trình tăng trưởng. Điều này làm cho HMF trở thành một thành phần quan trọng trong quá trình chuyển đổi sang nền kinh tế carbon thấp. Bằng cách sử dụng tài nguyên sinh khối, việc sản xuất HMF và các dẫn xuất của nó giúp giảm lượng khí thải carbon của các quy trình công nghiệp, đặc biệt là trong các ngành công nghiệp như hóa chất, nhựa và nhiên liệu. HMF có thể được tích hợp vào các mô hình kinh tế tuần hoàn, trong đó sinh khối được tái chế và chuyển đổi thành các sản phẩm có giá trị, giảm nhu cầu vật liệu nguyên chất và giảm thiểu chất thải.