استفاده از ترکیب آلومینیوم-زغال‌زیستی به عنوان کاتالیست ایزومریزاسیون گلوکز
تبدیل زیست‌توده‌ها به مواد شیمیایی با ارزش افزوده بالا، نقش مهمی در توسعه اقتصاد پایدار، تکمیل چرخه اقتصاد زیستی و حل مشکلات محیطزیست دارد. گروهی از دانشمندان چینی، کره‌ای و تایلندی، از کامپوزیت آلومینیوم-زغال‌زیستی (Al biochars) به عنوان یک کاتالیزور ناهمگن جدید در فرایند ایزومریزاسیون گلوکز به فروکتوز جهت دستیابی به پالایشگاه‌زیستی پایدار استفاده نمودند.
مواد شیمیایی تولید شده توسط زیست‌توده‌ها می‌توانند جایگزین مواد شیمیایی نفتی متدوال شوند تا علاوه بر صرفه‌جویی در منابع طبیعی، به کاهش گرمایش جهانی نیز کمک شود. تبدیل زیست‌توده به مواد شیمیایی با ارزش بالا، شامل یک واکنش آبشار مانند است که با واکنش ساکاریفیکاسیون گلوکان به گلوکز آغاز می‌شود. متعاقباً گلوکز تولید شده می‌تواند در فرایند ایزومریزاسیون به فروکتوز تبدیل شود که یک ترکیب فعال‌تر جهت ارتقاء به محصولاتی مانند هیدروکسی متیل فورفورال است. تبدیل مستقیم گلوکز به این ترکیبات، معمولاً نیاز به اسیدهای قوی دارد که موجب آسیب رسیدن به محیطزیست می‌شود. بنابراین، ضروری است که کاتالیزور جامد با کارایی بالا و پایدار برای ایزومریزاسیون گلوکز به فروکتوز طراحی شود.
کاتالیست‌های متدوال مورد استفاده در واکنش ایزومریزاسیون گلوکز به فروکتوز، اسید لوویس و باز برونستد، زئولیت‌های حاوی فلز قلع و منیزیم، کامپوزیت سیلیکا-آلومینا و… می‌باشند. زغال‌زیستی به دست آمده از پیرولیز زیست‌توده‌ها نیز می‌تواند به عنوان پایه کاتالیست‌زیستی در این فرایند استفاده شود.
در این پژوهش که نتایج آن در قالب یک مقاله علمی بین‌المللی منتشر گردیده است، خانم Iris K. M. Yu و همکارانش از ترکیب آلومینیوم-زغال‌زیستی سنتز شده از زیست‌توده ضایعات چوبی، در فرایند ایزومریزاسیون گلوکز به فروکتوز به عنوان یک کاتالیست ناهمگن پایدار استفاده نمودند. کاتالیست مورد نظر در شرایط مختلف میزان بارگذاری آلومینیوم (۱۰ و ۲۰ درصد)، دمای پیرولیز (از ۵۰۰ تا ۷۵۰ درجه سانتی‌گراد) و گاز خنثی (نیتروژن یا کربن‌دی‌اکسید) سنتز گردیده است. خصوصیات فیزیکی-شیمیایی آن‌ها؛ مانند سطح کاتالیست، تخلخل، ساختار کریستالی، پایداری حرارتی و ترکیب عناصر می‌تواند با تغییر شرایط پیرولیز تنظیم شود.
گونه‌های متعدد آلومینیوم مورد استفاده به عنوان فاز فعال عبارت‌اند از Al۲O۳ ،Al(OH)۳ ،AlO OH و Al-O-C در فاز آمورف که نقش عمده‌ای در فعالیت کاتالیزوری ترکیب سنتز شده دارند و هم‌چنین بازده تولید فروکتوز با افزایش میزان بارگذاری آلومینیوم به میزان ۶۰ درصد افزایش یافته است. بازده ۲۱/۵ درصد مولی فروکتوز و ۷۳/۸ درصد مولی انتخاب‌پذیری پس از ۵ دقیقه در دمای ۱۶۰ درجه سانتی‌گراد و در محیط واسطه استون/ آب، توسط کاتالیست Al-500N۲ ۲۰ درصد در فرایند تبدیل گلوکز به دست آمد که در مقایسه با سایر کاتالیست‌های غیرآلی، مناسب و قابل رقابت می‌باشد.
این اولین پژوهش انجام شده در سنتز کامپوزیت‌های Al-biochar جهت ایزومریزاسیون کاتالیزوری گلوکز است. بازده بالای زغال‌زیستی به عنوان یک پایه کربنی ساده و متخلخل جهت استفاده در فرایندهای زیست‌محیطی، نشان‌دهنده پتانسیل بالا و قابل رقابت این کاتالیست با انواع کاتالیست پیشرفته و غیرآلی دیگر می‌باشد.
