ดร.ธวัลรัตน์ กอบเกียรติถวิล นายณัฐภัทร เทียนสุวรรณ ดร.อติคุณ โชติรัตนโชติ นายศุภธีร์ เชาวมาลี และ ศ.ดร.ชวลิต งามจรัสศรีวิชัย นักวิจัยของ CBRC ศึกษาการควบคุมการเลือกจำเพาะต่อผลิตภัณฑ์ (Products selectivity) ในการเปลี่ยนกลูโคส (Glucose) เป็น 5-Hydroxymethylfurfural (HMF) หรือ ฮิวมิน (Humins) บนตัวเร่งปฏิกิริยาซีโอไลต์ โดยอาศัยการปรับปริมาณตำแหน่งกรดและสัดส่วนของกรดลิวอิส (Lewis acid, L) ต่อกรดบรอนสเตด (Brønsted acid, B) ของตัวเร่งปฏิกิริยา
ผลงานวิจัยเรื่อง Selectivity control in catalytic glucose dehydration using iron- and tungsten-modified ZSM-5 catalysts ตีพิมพ์ในวารสาร Materials Today Sustainability (Q1 Journal, JCR IF = 7.1)
5-Hydroxymethylfurfural (HMF) เป็นสารเคมีที่ผลิตได้จากน้ำตาลกลูโคสซึ่งเป็นองค์ประกอบหลักในชีวมวลชนิดลิกโนเซลลูโลส (Lignocellulosic biomass) สามารถใช้เป็นสารตั้งต้นในการสังเคราะห์ผลิตภัณฑ์ชีวภาพมูลค่าสูงได้หลากหลายชนิด การเปลี่ยนกลูโคสเป็น HMF เกิดผ่านปฏิกิริยาแบบสองขั้นตอน โดยเริ่มจากไอโซเมอไรเซชัน (Isomerization) ของกลูโคสเป็นฟรุกโตส (Fructose) ตามด้วยปฏิกิริยาดีไฮเดรชัน (Dehydration) ของฟรุกโตสเป็น HMF อย่างไรก็ดี HMF มักเกิดพอลิเมอไรเซชันเป็นฮิวมิน (Humins) ซึ่งส่งผลให้มีผลได้ของ HMF ที่ลดลง ทั้งนี้ในปัจจุบันเริ่มมีการประยุกต์ใช้ฮิวมินในด้านพลังงาน วัสดุ และสารเคมี
ซีโอไลต์ (Zeolite) ชนิด ZSM-5 เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีศักยภาพสูงในการเปลี่ยนกลูโคสเป็น HMF เนื่องจากมีสภาพกรดทั้งแบบลิวอิสและบรอนสเตด (Lewis and Brønsted acidity) ซึ่งจำเป็นต่อการเร่งปฏิกิริยาแบบสองขั้นตอน อย่างไรก็ดี สัดส่วนของกรดลิวอิสต่อกรดบรอนสเตด (L/B ratio) มีความสำคัญอย่างมากในการกำหนดผลได้ของ HMF ดังนั้นงานวิจัยในปัจจุบันจึงมุ่งเน้นการปรับสัดส่วน L/B ผ่านการดัดแปร ZSM-5 ด้วยกระบวนการดีอะลูมิเนชัน (Dealumination) ร่วมกับการเพิ่มโลหะกัมมันต์บางชนิด (Active metals) บนพื้นผิวของ ZSM-5
งานวิจัยนี้ศึกษาการเปลี่ยนกลูโคสแบบเลือกจำเพาะต่อ HMF หรือฮิวมิน โดยใช้ ZSM-5 ที่ผ่านการดัดแปรด้วยวิธีดีอะลูมิเนชัน (De-HZSM5) และเพิ่มเหล็ก (Fe) หรือทังสเตน (W) เป็นโลหะกัมมันต์ ผลการศึกษาพบว่า Fe/De-HZSM5 มีขึ้นเมื่อเทียบกับ ZSM-5 จึงให้ผลได้ของ HMF ที่สูง (67.5%) ขณะที่ W/De-HZSM5 มีตำแหน่งกรดบรอนสเตดชนิดใหม่ (ºSi–OH–Wº) ทำให้สัดส่วน L/B ลดต่ำลง ส่งผลให้การควบแน่นของกลูโคสและฟรุกโตสเป็นฮิวมินเพิ่มขึ้น และผลได้ของฮิวมินมากกว่า 66%
อ่านรายละเอียดงานวิจัยนี้ได้ที่: doi.org/10.1016/j.mtsust.2024.101005
