新型超高效催化劑讓地溝油等廢棄物變廢為寶更容易

皇家墨爾本理工大學的研究人員開發出一種低成本的方法，可將地溝油和農業廢棄物等回收利用制作成生物柴油，并將食物殘渣和塑料垃圾轉化為高價值的產品。該方法利用一種新型的超高效催化劑，可以從多種原料中制造出低碳的生物柴油和其他有價值的復雜分子。

目前，地溝油必須經過高耗能的清洗過程才能用于生物柴油，因為商業化生產方法只能處理含有1-2%雜質的純原料。而新的催化劑可以從含有高達50%雜質的低級原料中制造生物柴油。

新催化劑的效率很高，可以使生產效率翻倍，將食物殘渣、微塑料和舊輪胎等垃圾轉化為高價值的化學前體，用于制造從藥品、肥料到可生物降解包裝的任何產品。

皇家墨爾本理工大學的Adam Lee教授表示：“傳統的催化劑技術依賴于高純度的原料，并且需要昂貴的工程解決方案來彌補其低的催化效率。我們現代生活的很多地方都依賴具有復雜分子的材料，比如塑料等，這些分子目前是通過不可持續的化學過程產生的，這些過程污染了大氣、土壤和水，我們的新催化劑可以幫助我們變廢為寶，推動循環經濟。"

為了制造新的超高效催化劑，該團隊制造了一種微米大小的陶瓷海綿(比人的頭發還細100倍)，這種海綿具有高度多孔性，并含有不同的特殊活性成分。分子初通過大孔隙進入海綿，在那里進行次化學反應，然后進入較小的孔隙，進行第二次反應。

這是首次開發出一種多功能催化劑，可以在單一催化劑顆粒內依次進行多個化學反應，它可能會改變價值340億美元的全球催化劑市場的游戲規則。

皇家墨爾本理工大學的聯合首席研究員Karen Wilson教授表示：“新的催化劑設計模仿了人體細胞中酶協調復雜化學反應的方式。之前已經開發出了可以同時進行多個反應的催化劑，但這些方法無法控制化學反應，而且往往效率低下，無法預測，我們的生物啟發方法著眼于自然界的催化劑——酶，開發出一種強大而精確的方式，以設定的順序執行多個反應。這就像擁有一條納米級的化學反應生產線，所有的化學反應都被安置在一個微小而超高效的催化劑顆粒中。"

這種海綿狀的催化劑制造成本低廉，不使用貴金屬。用這些催化劑從農業廢棄物中制造低碳生物柴油，只需要一個大容器、一些溫和的加熱和攪拌。這是一種低技術含量、低成本的方法，可以推廣分布式生物燃料生產，減少對化石燃料生產柴油的依賴。

目前新的催化劑已經可以用于生物柴油的生產，但隨著進一步的發展，它們將可以很容易地優化改進，用于從農業和林業廢物、舊橡膠輪胎，到海藻的更多廢棄物的燃料轉化中。

皇家墨爾本理工大學研究團隊下一步的工作是將催化劑的制造規模從克級擴大到公斤級，并采用3-D打印技術來加速商業化。

該研究發表在《Nature Catalysis》上，標題為《A spatially orthogonal hierarchically porous acid–base catalyst for cascade and antagonistic reactions》。