Молочная кислота применяется в пищевой, фармацевтической, текстильной промышленности, косметологии, производстве биоразлагаемых полимеров. Это один из наиболее ценных продуктов, получаемых из глицерина, который, в свою очередь, является побочным продуктом при производстве биотоплива. По оценкам специалистов, к 2025 году мировой выпуск биотоплива должно достичь 23,6 млрд л. В связи с такими объемами стоимость глицерина падает с каждым годом. Однако пока производство молочной кислоты из глицерина в мировой промышленности не освоено.
Группа ученых из лаборатории каталитических исследований химического факультета Томского государственного университета разработала уникальный катализатор на основе металлорганических координационных полимеров и биметаллических наночастиц. Он способен катализировать все стадии каскадного превращения глицерина для селективного получения молочной кислоты. Ранее такой катализатор для получения молочной кислоты из глицерина никем не применялся.
Сейчас молочную кислоту в промышленности получают двумя основными способами: химическим - из ацетальдегида через лактонитрил и ферментативным - из углеводов. Химический путь довольно дорог и неэкологичен. Ферментативный способ более привлекателен, но он также имеет ряд недостатков: длительное время реакции, относительно высокая стоимость субстратов, низкие концентрации и образование побочных продуктов, что приводит к трудностям при выделении и очистке продукта. Поэтому растущий исследовательский интерес сосредоточен на разработке экологически чистого процесса получения молочной кислоты из широкодоступного глицерина.
По словам ученых, это каскадный процесс из нескольких последовательных стадий, для реализации которых требуются разные типы катализаторов. Кроме того, благодаря наличию трех гидроксильных групп в молекуле глицерина его селективное окисление и дальнейшее превращение промежуточных веществ в молочную кислоту осложняется большим количеством побочных реакций.
«Мы установили, что можно создать внутри каталитической системы определенные центры, чтобы реализовалась не одна, а целая совокупность реакций, одна за другой. На данный момент итоги нашего исследования можно рассматривать как первоначальную идею для фундаментального подхода по созданию природоподобных катализаторов», – поясняет доктор химических наук, профессор, заведующая кафедрой физической и коллоидной химии ХФ ТГУ Ольга Водянкина.
