(English) ศ.ดร.อาภาณี เหลืองนฤมิตชัย และ ศ.ดร.ชวลิต งามจรัสศรีวิชัย นักวิจัยของ CBRC ร่วมกับ Dr. Shih-Yuan Chen Dr. Hiroyuki Tateno และ Dr. Takehisa Mochizuki (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) ประเทศญี่ปุ่น) รศ.ดร.ศิวพร มีจู สมิธ (คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล) รศ. ดร. ศุภกร บุญยืน (คณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์) และ นางสาวมนฤดี ศรีดา คิดค้นตัวเร่งปฏิกิริยายาแบบสองฟังก์ชันชนิดใหม่ที่มีเสถียรภาพสูงสำหรับใช้ในการผลิต 5-Hydroxymethylfurfural (HMF) จากกลูโคส (Glucose)
ผลงานวิจัยเรื่อง Bifunctional mesoporous silica solid acids for transformation of glucose to 5-hydroxymethylfurfural ตีพิมพ์ในวารสาร Materials Today Sustainability (Q1 Journal, JCR IF = 7.244)
HMF เป็นสารเคมีตั้งต้นที่สำคัญในการผลิตสารเคมีหลายชนิด เช่น γ-valerolactone, 2,5-bishydroxymethylfuran, 2,5-dimethylfuran และ 2,5-furandicarboxylic acid โดยทั่วไป HMF สามารถผลิตได้ผ่านกระบวนการดีไฮเดรชัน (Dehydration) ของกลูโคส หรือผ่านกระบวนการไอโซเมอไรเซชัน (Isomerization) ของกลูโคสเป็นฟรุกโตส (Fructose) ตามด้วยกระบวนการดีไฮเดรชันของฟรุกโตส โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเอกพันธุ์ขนิดกรด (Homogeneous acid catalyst) อย่างไรก็ดีการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยายาดังกล่าวมีปัญหาอย่างมากในการนำกลับมาใช้ซ้ำ และการจัดการน้ำเสียจากกระบวนการ ซึ่งส่งผลให้มีต้นทุนในการดำเนินการที่สูง นอกจากนี้สภาพกรดของตัวเร่งปฏิกิริยาเอกพันธุ์ยังสร้างต้นทุนทางอ้อมอันเนื่องมาจากการกัดกร่อนของอุปกรณ์
การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาวิวิธพันธุ์ชนิดกรด (Heterogeneous acid catalyst) จึงเป็นทางเลือกน่าสนใจมากกว่า อย่างไรก็ดี การเปลี่ยนกลูโคสเป็น HMF โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาวิวิธพันธุ์มีความท้าทายสูงมาก เนื่องจากผลได้ของ HMF (yield) ขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายชนิดเช่น ประเภทและปริมาณของตำแหน่งกรดบนตัวเร่งปฏิกิริยา ประเภทของตัวทำละลาย และภาวะในการเกิดปฏิกิริยา เป็นต้น การเสื่อมสภาพของตัวเร่งปฏิกิริยาเนื่องจากการชะละลายของตำแหน่งกรด (Acid leaching) เป็นอีกหนึ่งสาเหตุที่ทำให้ผลได้ของ HMF ต่ำ
งานวิจัยนี้พัฒนา Al-SA-S15 ซึ่งตัวเร่งปฏิกิริยาแบบสองฟังก์ชันที่ประกอบด้วยตำแหน่งกรดลิวอิส (Lewis acid sites) จากอะลูมิเนียม และตำแหน่งกรดบรอนสเตด (Brønsted acid sites) จากหมู่ฟังก์ชั่นกรดซัลโฟนิก (Sulfonic acid) สำหรับการเปลี่ยนกลูโคสเป็น HMF โดยใช้แอซิโทนและน้ำเป็นตัวทำละลายร่วม Al-SA-S15 ที่มีอัตราส่วนโดยโมล ของ Si/Al เท่ากับ 5 และความเข้มข้นของกรดซัลโฟนิก 15% โดยโมล สามารถเปลี่ยนกลูโคสได้อย่างสมบูรณ์ และให้ผลได้ของ HMF สูงถึง 51% นอกจากนี้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เตรียมได้มีเสถียรภาพสูงมากโดยไม่พบการชะละลายของตำแหน่งกรด และสามารถนำกลับมาใช้ซ้ำได้มากกว่า 5 ครั้งโดยไม่มีการสูญเสียประสิทธิภาพอย่างมีนัยสำคัญ
อ่านงานวิจัยนี้ได้ที่: doi.org/10.1016/j.mtsust.2023.100470
