T将废纸浆转化为新型化工原料

南非西开普斯泰伦博斯大学的研究人员开发了一种解聚酚类聚合物的方法,可将废纸浆转化为新型化工原料。这些研究人员是Helen Pfukwa、Ndumiso Sibanda和Harald Pasch

(图片: catalby / iStock / Getty Images Plus)

技术概述

这项技术将木质素转化为低摩尔质量的增值化合物。这是一项温和型选择性技术,可产生功能化芳香族化合物,这些化合物在化学和聚合物工业中是有价值的原料。

它解决了什么问题?

化学和聚合物制造业严重依赖从石油和煤炭等不可再生的化石燃料中提取原材料。使用这些原材料是一个不可持续的过程,因为它们的供应量正在减少,对它们进行提取并转化为所需的功能化化工制品会对环境造成负面影响。

木质素这一木质纤维素生物质的组成成分是一种有吸引力的替代品,因为它是储量最为丰富的芳香族功能化聚合物,更重要的是,它与社会需求不构成竞争关系。

通过利用氧化解聚等适合的选择性技术,木质素可以被转化为有用的具有芳香族功能的化学物质(很多不同消费品的原料)。一般来说,由木质素生成的单体及其衍生物所合成的聚合物具有高玻璃化转变温度和热稳定性,以及良好的机械性能,这使它们在耐高温塑料、高级复合材料和树脂合成中成为提取自化石燃料的苯乙烯的有吸引力的替代品。

是什么促使你们研发出了这项发明?

南非制浆工业每年产生数百万吨木质素废料。它们中的很大一部分被用于能源供应。虽然利用来自木质素废料的生物燃料非常有利于减少制浆厂对国家电网的依赖,但是利用木质素废料生产化工制品也会产生显著的收益 。我们的社会面临着原油枯竭和废物积累的挑战。重要的是要研究各种不同行业所产生的废料如何能够用作原油的潜在替代原料。

你们的创新如何支持绿色未来?

这项创新对于绿色未来非常重要,因为它提供了一种方法来将原本被视为加工废料的物质转化为可用于化学和/或聚合物制造业的增值芳香族化合物。可以说在一个行业中作为加工废料产生的木质素的价值链通过将其用作另一个行业的原料而得以延展。这促进了可持续发展。

这项技术如何受到保护?

我们已经在南非申请了专利(2019/02602),并计划在不久的将来通过提交专利合作条约(PCT)国际专利申请来在国际层面保护这项技术。

为什么发明人通过知识产权保护其工作很重要?

为了鼓励进一步开展研究和创新以获得经济收益。知识产权保护激励创新型解决方案的发明人和创造者持续不断地创新以产生社会影响。使创新的外观或功能得到提升的改进帮助被许可人和公司在市场上获得竞争优势,因为那些未被授权对受保护知识产权进行商业利用的企业或个人不能应用这些改进。

在这项发明的研发过程中遇到的最大挑战是什么?

木质素是一种非常复杂的具有独特结构的大分子,其结构随着来源和预处理过程的不同而不同。β-醚键(β-O-4)约占所有键的40-60%,这意味着大多数专门针对这些键并产生羰基或羧基功能化化合物的温和型氧化技术无法使木质素完全转化。我们还发现,有效控制解聚条件以防止过度氧化也很重要,因为过度氧化可能会使生成物具有比初始木质素更复杂的结构。

你们对2020年世界知识产权日的行动呼吁是什么?

如果政府制定并实施鼓励化学和材料制造业将可持续发展纳入其长期计划的政策,化工行业的绿色未来就能得到支持。这继而将鼓励各行业把重点转向以环境可持续的方式提供相同质量的产品,包括高效利用可再生原料。为了实现这一目标,需要为产学合作研究提供新的机会。针对采取这些措施的消费者和行业的激励机制应被融入科学、技术和创新政策。

你们的发明现在有哪些应用领域?它的潜在影响是什么?

我们正在尝试将这项技术商业化。我们已经联系了一家当地的(南非)制浆造纸公司,这家公司希望我们将这项技术应用于它所产生的木质素废料(木质素磺酸盐)。这个项目的目的是根据所生成产品的类型和数量来评估该方法对于木质素磺酸盐的效率。

了解更多信息

欲了解更多信息,请联系 forms@sun.ac.za