使用价格低廉的氧化铜为催化剂，从废弃甘油中成功制得DHA和氢气

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摘   要：研究小组成功开发出一种从生物柴油的生产过程中生成的废弃物甘油中选择性地制取具有高附加值的二羟基丙酮以及氢气的技术。

关键字：氧化铜、催化剂、废弃甘油、DHA、二羟基丙酮、氢气、制氢

使用价格低廉的氧化铜为催化剂

从废弃甘油中成功制得DHA和氢气

要点

• 通过结合东京工业大学的拉曼光谱技术和台湾科技大学的催化反应技术得以实现。

• 阐明催化剂表面的化学反应机制，找出最佳反应条件。

• 通过废物资源化制氢，有望为社会的可持续发展做出巨大贡献。

概要

东京工业大学物质理工学院材料系的林智广副教授等人与国立台湾科技大学的江佳颖副教授领导的团队通过国际合作研究，成功开发出一种从生物柴油的生产过程中生成的废弃物甘油^[1]中选择性地制取具有高附加值的二羟基丙酮（dihydroxyacetone，DHA）^[2]以及氢气的技术。该技术通过使用价格低廉的催化剂氧化铜（CuO）的电化学反应实现。

该研究小组结合东京工业大学的拉曼光谱^[3]技术和台湾科技大学的催化反应技术，阐明了催化剂表面的化学反应机制，并找出了最佳反应条件。

通过本项研究，不仅可以使废物得到重复利用，还可以生成氢气，可谓一举两得，有望对构建可持续发展社会做出巨大贡献。

此研究成果已于2019年12月19日（当地时间）刊登于荷兰科学杂志《Applied Catalysis B: Environmental》（《应用催化B：环境》）在线简报。

研究成果

本项研究建立了一种采用地球上广泛存在且价格低廉的CuO作为催化剂，从生物柴油生产过程中生成的废弃物甘油中有选择性地提取用于化妆品、甜味剂等中的DHA和氢气的技术，特别是通过使用拉曼光谱对CuO催化剂表面的化学反应进行原位观察^[4]，阐明了反应机制，并发现了最优反应条件以实现反应选择性最大化。

研究背景

生物柴油燃料（BDF）作为碳中性的轻油替代燃料备受关注，但在其制造过程中会产生占原料10%左右的副产物甘油。这些甘油一直没有得到有效利用，过去也一直在寻求将其转换成具有高附加值物质的方法。

之前在甘油的物质转换研究中曾使用金、铂等贵重金属作为催化剂，但是人们更希望找到一种地球上储量更加丰富的廉价催化剂。

图1.  本研究成果可实现的生物柴油燃料生产和废物回收过程

从生物柴油燃料生产（左）过程中产生的副产物甘油中提取出具有高附加值的DHA和氢气（右）。

未来发展

目前，该国际合作研究小组从研发新催化剂、提高反应效率这两点出发，正在研究如何实现此项研究成果的实用化。

目前，在由催化剂的种类、溶液条件（特别是pH值）等差异引起的反应途径差异等方面已经积累了相关数据，因此今后将借助机器学习等信息科学方法，进行相关技术研发，旨在通过最低限度的实验，导出最佳的物质转换条件。

国际合作研究小组

术语说明

[1] 甘油：也叫丙三醇，是利用废弃食用油进行生物柴油燃料制造过程中产生的副产物，有很多关于其再利用的研究。

[2] 二羟基丙酮（DHA）：最小的单糖之一，多用于无害的皮肤色素、以及燃烧脂肪、增强肌肉用途等营养品的原料。

[3] 拉曼光谱：利用光观察分子振动，从而分析分子种类和数量的方法。由于其对于空气和液体中的试料也能够进行测定，因此多用于化学反应的原位观察。

[4] 原位观察：实时评估各种环境下的材料变化和物质状态。

论文信息

刊载杂志：《Applied Catalysis B: Environmental》

论文标题：Selective Electro-oxidation of Glycerol to Dihydroxyacetone by a Non-precious Electrocatalyst - CuO

作者：Chin Liu, Makoto Hirohara, Tatsuhiro Maekawa, Ryongsok Chang, Tomohiro Hayashi, Chia-Ying Chiang