超高效催化剂：用肮脏的旧食用油制造生物柴油更容易

海绵状催化剂可以改变生物柴油的生产和化学制造。该图显示了研究中制造的多孔陶瓷海绵（放大了20,000倍）。

新型超高效催化剂可以将旧的食用油循环利用为生物柴油，并将食物残渣转化为高价值的复杂分子。

研究人员已经开发出一种功能强大，成本低廉的方法，可以将用过的食用油和农业废料循环利用为生物柴油，并将食物残渣和塑料垃圾转化为高价值产品。

该方法利用了一种新型的超高效催化剂，可以从不纯净的不纯原料中制备出低碳生物柴油和其他有价值的复杂分子。

由于商业生产方法只能处理含1-2％污染物的纯原料，因此废食用油目前必须经过能源密集型清洁过程才能用于生物柴油。

这种新型催化剂非常坚韧，可以用低级成分（称为原料）制成生物柴油，其中的污染物含量高达50％。

它是如此高效，可以使将诸如食物残渣，微塑料和旧轮胎之类的垃圾转化为用于制造从药品，化肥到可生物降解的包装的任何物品的高价值化学前体的制造过程的生产率提高一倍。

图示说明了催化剂如何在单个催化剂颗粒内依次进行多个化学反应，分子从大孔（大孔）进入海绵，然后进入小孔（中孔）。

由RMIT大学领导的一项国际合作进行的一项新研究报告了该催化剂的设计，该研究发表在自然催化上。

RMIT的联合首席研究员亚当·李教授说，常规催化剂技术依赖于高纯度原料，并需要昂贵的工程解决方案来弥补其效率低下的问题。

“现代生活的质量在很大程度上取决于维持我们的健康并提供营养食品，清洁水和廉价能源的复杂分子，”李说。

这些分子目前是通过不可持续的化学过程产生的，这些过程污染了大气，土壤和水道。

“我们的新催化剂可以帮助我们获得通常会浪费的资源的全部价值-从陈腐的食用油到稻壳和蔬菜去皮-促进循环经济。

“通过从根本上提高效率，它们可以帮助我们大大减少化学制造对环境的污染，并使我们更接近绿色化学革命。”

催化剂海绵：推进绿色化学

为了制造这种新型超高效催化剂，研究小组制造了一种微米级的陶瓷海绵（比人的头发还要细100倍），该海绵具有很高的多孔性并包含不同的特殊活性成分。

分子首先通过大孔进入海绵，在此进行第一次化学反应，然后进入较小的孔，在此进行第二次反应。

这是首次开发出可以在单个催化剂颗粒内依次进行多种化学反应的多功能催化剂，并且它可能会改变价值340亿美元的全球催化剂市场的格局。

同样来自皇家墨尔本理工大学的首席首席研究员卡伦·威尔逊教授说，新的催化剂设计模仿了人类细胞中的酶协调复杂化学反应的方式。

威尔逊说：“以前已经开发出可以同时进行多个反应的催化剂，但是这些方法几乎无法控制化学反应，而且效率低下而且难以预测。”

“我们以生物为灵感的方法着眼于自然界的催化剂-酶，从而开发出一种强大而精确的方法来按设定的顺序进行多种反应。

“这就像拥有一条用于化学反应的纳米级生产线-全部都封装在一个微小且超高效的催化剂颗粒中。”

DIY柴油：支持分布式生物燃料生产

海绵状催化剂制造便宜，不使用贵金属。

用这些催化剂由农业废料制取低碳生物柴油只需要一个大容器，就需要一些温和的加热和搅拌。

这是一种低技术，低成本的方法，可以促进分布式生物燃料的生产，并减少对源自化石燃料的柴油的依赖。

威尔逊说：“这在发展中国家中尤为重要，在这些国家，柴油是驱动家用发电机的主要燃料。”

“如果我们能够授权农民在自己的土地上直接从米糠，腰果和蓖麻子壳等农业废弃物中生产生物柴油，这将有助于解决能源贫困和碳排放的关键问题。”

尽管新型催化剂可以立即用于生物柴油生产，但随着进一步的发展，它们可以轻松地进行定制，以从农业和林业废料，旧橡胶轮胎甚至藻类生产喷气燃料。

RMIT科学学院研究小组的下一步工作是将催化剂的制造量从克增加到千克，并采用3D打印技术来加速商业化。

Lee表示：“我们还希望扩大化学反应的范围，以包括光和电活化，以用于诸如人工光合作用和燃料电池等尖端技术。”

“而且我们正在寻求与潜在的业务合作伙伴合作，为不同的应用创造一系列可商购的催化剂。”

参考：Mark A. Isaacs，Christopher MA Parlett，Neil Robinson，Lee J.Durndell，Jinesh C.Manayil，Simon K.Beaumont，Shan Jiang和Nicole S.撰写的“一种用于级联和拮抗反应的空间正交的分层多孔酸基催化剂”。 Hondow，Alexander C.Lamb，Deshetti Jampaiah，Michael L.Johns，Karen Wilson和Adam F.Lee，2020年10月26日，《自然催化》。
10.1038 / s41929-020-00526-5

这项研究得到了澳大利亚研究委员会（发现，联系，工业转型培训中心）的资助。

这项研究是由伦敦大学学院，曼彻斯特大学，西澳大利亚大学，普利茅斯大学，阿斯顿大学，达勒姆大学和利兹大学的合作者进行的。