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2023-12-15
將農業廢棄物轉為用途廣泛的FDCA 中山團隊獲美、俄雙發明展殊榮
504 期
Author 作者
整理報導|羅億庭
農業廢棄物
FDCA
中山大學
永續發展
SDGs
環境工程
綠色化學
為了更加妥善地使用地球資源,目前世界上已有不少學者投入研究將廢棄物循環再利用等領域。今(2023)年榮獲俄羅斯莫斯科阿基米德國際發明展(Moscow International Salon of Inventions and Innovative Technologies ARCHIMEDES)金牌獎,以及美國科學暨發明展(America's Science & Invention Expo, ASIE)特別獎肯定的中山大學環境工程研究所副教授張耿崚團隊,就將農業廢棄物轉化為用途廣泛的化學材料,反應中合成的2, 5-呋喃二甲酸(2, 5-furan dicarboxylic acid, FDCA),也有助緩解塑膠汙染與溫室效應。
團隊以農業廢棄物中的稻稈、甘蔗渣、鳳梨蒂頭、波羅蜜果皮等為反應原料,透過稱為「一鍋兩步」的創新製程進行反應,於農業廢棄物中加入二甲基亞碸(dimethyl sulfoxide, DMSO)、甜菜鹼鹽酸鹽(betaine hydrochloride)、六水合氯化鋁(aluminum chloride6-hydrate)等物質,並將這些物質在150℃的油浴中加熱120分鐘,使農業廢棄物被轉化為5-羥甲基糠醛(5-Hydroxymethylfurfural, 5-HMF)。後續再經過不斷攪拌並以銅-二氧化錳(Cu-MnO
2
)作為催化劑,叔丁基過氧化氫(tert-butyl hydroperoxide, TBHP)為氧化劑,使反應物在80℃的油浴中進行12小時的氧化反應,最終轉化出70%的羥甲基糠醛(HMF)和77%的FDCA。
FDCA又可再聚合、生成生物可分解材料「聚乙烯呋喃酸酯」(polyethylene 2, 5-furandicarboxylate, PEF),此材料的性質優越,阻氣性與阻水性較PET材質高出6∼10倍。此外,以FDCA聚合生產PEF可使能源用量減少51∼58%,溫室氣體的排放量也可減少約60%,具環保優勢。而FDCA也能被做為飲料瓶的替代樹脂,製成的薄膜、纖維則可應用於食品包裝、地毯、紡織品等商品,已引起多家跨國食品公司、塑膠廠商,包含可口可樂(The Coca-Cola Company)、達能集團 (Groupe Danone)、嘉士伯(Carlsberg),以及奧地利塑膠製造大廠ALPLA的興趣。
張耿崚在新聞稿中提到,FDCA能應用於許多不同的場域中,但由於目前生產FDCA的原料和催化劑較為昂貴,生產時需要嚴格條件控制,因此無法大規模量產,亟需尋求高效、簡單且能降低成本的製程。本次團隊開發的新技術搭配的低價化學反應系統,可以減少廢棄物產生,不僅高效、簡單、降低成本,更兼顧了多項綠色化學原則及聯合國永續發展目標SDGs理念,未來也期望它能在建構綠色化學工業中扮演關鍵角色。
(Adobe Stock)
新聞來源
中山新聞(2023年11月2日)。
農廢拚綠金
中山大學張耿崚國際發明展奪冠。
中山新聞,
https://news.nsysu.edu.tw/p/406-1120-320232,r2910.php?Lang=zh-tw
。
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