Totalmente lignocelulose

Jan 16, 2024

Nature Communications volume 13, número do artigo: 3376 (2022) Citar este artigo

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O tereftalato de polietileno é um dos polímeros mais utilizados, mas também um poluente significativo nos oceanos. Devido às crescentes preocupações ambientais, as alternativas ao tereftalato de polietileno são muito procuradas. Apresentamos aqui análogos de tereftalato de polietileno facilmente recicláveis, feitos inteiramente de biomassa lenhosa. Central para o conceito é uma sequência catalítica livre de metal nobre de duas etapas (fracionamento catalítico redutivo catalisado por Cu20-PMO e funilamento catalítico mediado por Ni de Raney) que permite a obtenção de um único diol alifático 4- (3-hidroxipropil) ciclohexan-1-ol em alto rendimento isolado (11,7% em peso com base na lignina), bem como outros fluxos de produtos que são convertidos em combustíveis, alcançando um rendimento total de carbono de 29,5%. O diol 4- (3-hidroxipropil) ciclohexan-1-ol é copolimerizado com ésteres metílicos de ácido tereftálico e ácido furano dicarboxílico, ambos podem ser derivados de resíduos de celulose, para obter poliésteres com peso molecular competitivo e propriedades térmicas ( Tg de 70–90 °C). Os polímeros apresentam excelente reciclabilidade química em metanol e são, portanto, candidatos promissores para a economia circular.

Com uma produção anual de 70 milhões de toneladas globalmente, o tereftalato de polietileno (PET) é um dos polímeros mais utilizados em todo o mundo, indispensável para a fabricação de materiais de embalagem, roupas, fibras e garrafas descartáveis ​​de bebidas1,2. No entanto, estima-se que a sua acumulação em aterros e oceanos atinja até 530 milhões de toneladas até à data2, o que representa uma poluição ambiental quase catastrófica2,3,4. Além disso, a maior parte do PET ainda é, tipicamente, produzida a partir de recursos fósseis por copolimerização de etilenoglicol (EG) e ácido tereftálico (TPA)5.

Assim, existe um enorme incentivo para obter alternativas de PET prontamente recicláveis6,7 ou recicláveis8, totalmente de base biológica9,10, a fim de implementar abordagens de economia circular11,12,13,14,15. Isto exigirá o desenvolvimento de métodos catalíticos robustos e estratégias abrangentes de biorrefinaria16,17,18,19.

Uma abordagem industrial emergente bem conhecida é a substituição do TPA à base de gasolina pelo ácido furano dicarboxílico (FDCA) do 5-hidroximetilfurfural (5-HMF) derivado do açúcar20,21. Outros exemplos em escala laboratorial concentram-se em caminhos para obter EG22,23 e TPA a partir de biomassa24,25,26,27. Monômeros derivados de lignina, como ácidos ferúlico ou siríngico, foram investigados para a preparação de PET, imitadores de PET e plásticos reforçados com PET8,9,28,29 (Fig. 1A). Beckham e colaboradores desenvolveram uma rota de reciclagem inteligente onde o PET foi modificado por EG e ácido mucônico para dar um poliéster insaturado, que foi submetido a reticulação para produzir plásticos reforçados com fibra de vidro8.

Um trabalho representativo anterior para produzir PET de base biológica, imitadores de PET e plásticos reforçados com PET. B Nossa estratégia abrangente de biorrefinaria para produzir análogos de PET recicláveis ​​totalmente baseados em lignocelulose e outros produtos valiosos seguindo três etapas principais: (1) Fracionamento catalítico redutor (RCF) de lignocelulose sobre o catalisador Cu20-PMO para fornecer um óleo de lignina bruto rico em 1 G e 1 S possuindo uma funcionalidade primária de álcool; (2) Canalização catalítica das misturas de RCF extraídas com acetato de etila para PC diol e outras correntes de produtos usando Raney Ni/isopropanol, (3) Copolimerização de PC com ésteres metílicos de FDCA e TPA para fornecer poliésteres poli ( PC/TPA) e poli (PC/FDCA). A potencial valorização dos resíduos de carboidratos obtidos por RCF da mesma fonte de lignocelulose nos diácidos aromáticos FDCA e TPA é necessária para a copolimerização, enquanto qualquer excedente de celulose pode ser convertido em bioetanol e/ou etilenoglicol (EG) (ver Nota Suplementar 1 para mais detalhes).

O fracionamento catalítico redutivo (RCF)30,31,32,33 mostrou uma estratégia poderosa para obter altos rendimentos de monômeros aromáticos a partir de lignocelulose que podem ser convertidos em uma variedade de blocos de construção poliméricos, incluindo TPA24, mas também outros, como 4-propilciclohexanol34,35 , bisfenol 5,5-metilenobis(4-n-propilguaiacol)36 e 3,3′-etilenobis(4-n-propilsiringol)37 para fabricação de diversos tipos de polímeros. O grupo de Epp sintetizou adesivos de alto desempenho a partir de misturas de 4-n-propilsiringol e RCF38.