Notícia

Catalisadores verdes aceleram a produção de plástico de base biológica

Fonte

Instituto de Tecnologia de Tóquio

Data

segunda-feira, 21 janeiro 2019 10:35

Áreas

Biotecnologia. Inovação. Recursos Naturais. Sustentabilidade. Tecnologias.

Como a estrutura cristalina pode afetar o desempenho dos catalisadores de MnO2? Cientistas do Instituto de Tecnologia de Tóquio desenvolveram e analisaram um novo catalisador para a oxidação da 5-hidroximetil furfural, que é crucial para a geração de novas matérias-primas que substituem as clássicas não renováveis, ​​usadas para fabricar plásticos.

Não deveria ser surpresa para a maioria dos leitores que encontrar uma alternativa aos recursos naturais não renováveis ​​é um tópico chave na pesquisa atual. Algumas das matérias-primas necessárias para a fabricação de muitos dos plásticos de hoje envolvem recursos fósseis não renováveis, carvão e gás natural, e muito esforço foi dedicado à busca de alternativas sustentáveis. O ácido 2,5-furandicarboxílico (FDCA) é uma matéria-prima atrativa que pode ser usada para criar o furanoato de polietileno, que é um bio-poliéster com muitas aplicações.

Uma forma de produzir o FDCA é através da oxidação do 5-hidroximetil furfural (HMF), um composto que pode ser sintetizado a partir da celulose. No entanto, as reações de oxidação necessárias requerem a presença de um catalisador, o que ajuda nas etapas intermediárias da reação, de modo que o produto final possa ser alcançado.

Muitos dos catalisadores estudados para uso na oxidação do HMF envolvem metais preciosos; isso é claramente uma desvantagem porque esses metais não estão amplamente disponíveis. Outros pesquisadores descobriram que os óxidos de manganês combinados com certos metais (como ferro e cobre) podem ser usados ​​como catalisadores. Embora este seja um passo na direção certa, uma descoberta ainda maior foi relatada por uma equipe de cientistas do Instituto de Tecnologia de Tóquio: o dióxido de manganês (MnO2) pode ser usado sozinho como um catalisador efetivo se os cristais feitos com ele tiverem a estrutura apropriada. .

A equipe, que inclui o professor associado Keigo Kamata e o professor Michikazu Hara, trabalhou para determinar qual estrutura cristalina de MnO2 teria a melhor atividade catalítica para fazer o FDCA e por quê. Eles inferiram através de análises computacionais e da teoria disponível que a estrutura dos cristais era crucial por causa das etapas envolvidas na oxidação do HMF. Primeiro, o MnO2 transfere uma certa quantidade de átomos de oxigênio para o substrato (HMF ou outros subprodutos) e se torna MnO2 – δ. Então, como a reação é realizada sob uma atmosfera de oxigênio, o MnO2-δ rapidamente se oxida e se transforma novamente em MnO2. A energia necessária para esse processo está relacionada à energia necessária para a formação de vagas de oxigênio, que varia muito com a estrutura cristalina. De fato, a equipe calculou que os locais de oxigênio ativo tinham uma energia de formação de vacância mais baixa (e, portanto, melhor).

Para verificar isso, os pesquisadores sintetizaram vários tipos de cristais de MnO2, como mostrado na Fig. 1, e então compararam seu desempenho através de inúmeras análises. Destes cristais, o β-MnO2 foi o mais promissor, devido aos seus locais ativos de oxigênio planar. Sua energia de formação de vaga não era apenas menor do que a de outras estruturas, mas o próprio material mostrou-se bastante estável mesmo após ser usado para reações de oxidação no HMF.

Com a abordagem metodológica adotada pela equipe, o desenvolvimento futuro de catalisadores de MnO2 foi impulsionado. “A funcionalização adicional do β-MnO2 abrirá um novo caminho para o desenvolvimento de catalisadores altamente eficientes para a oxidação de vários compostos derivados da biomassa”, conclui o Dr. Hara. Pesquisas como esta garantem que as matérias-primas renováveis ​​estarão disponíveis para a humanidade para evitar todos os tipos de crises de escassez.

Acesse a notícia completa na página do Instituto de Tecnologia de Tóquio (em inglês).

Fonte: Tokio Tech. Imagem: Pixabay.