11.12.2024
Doktorsavhandling om elektrokatalytisk omvandling av glukos och xylos till hållbara kemiska föreningar
M.Sc. (Tech.) Jay Pee Permejo Oñas doktorsavhandling i process- och energiteknik (teknisk kemi och reaktionsteknik) framläggs till offentlig granskning vid Fakulteten för naturvetenskaper och teknik vid Åbo Akademi.
Avhandlingen heter Electrocatalytic conversion of glucose and xylose into value-added chemicals.
Disputationen äger rum fredagen den 20 december 2024 kl. 12 i auditorium Helikon, Arken, Fabriksgatan 2, Åbo. Disputationen kan följas via videolänk. Opponent är professor Têko W. Napporn, CNRS Université de Poitiers, Frankrike och kustos är professor Henrik Grénman, Åbo Akademi.
Sammanfattning
Sockerarterna glukos och xylos hör till de viktigaste huvudkomponenterna i träd och annan biomassa. Denna doktorsavhandling fokuserar på elektrokatalytisk omvandling av dessa sockerarter till kemiska föreningar med breda användningsmöjligheter inom till exempel livsmedels- och farmaceutiska industrin och i tillverkning av nya hållbart producerade polymera material och bindemedel.
Elektrokatalys har potential att vara ett mycket effektivt och hållbart alternativ för att producera sockeralkoholer och sockersyror. Effektiviteten härstammar från att elektrokatalys möjliggör direkt användning av energi i form av hållbart producerad el för att möjliggöra och påskynda de kemiska reaktionerna i rumstemperatur, i stället för att använda högre temperaturer och tryck. En annan betydlig fördel kommer från att syret och vätet som behövs i dessa omvandlingar fås direkt från elektrokemisk nedbrytning av vattnet som finns i sockerlösningen och de behöver inte produceras, transporteras och matas in i reaktorsystemet separat.
I detta arbete undersöktes både elektrokatalytisk hydrering av glukos och xylos till sorbitol och xylitol samt oxidering av glukos och xylos till glykonsyra och xylonsyra. De experimentella resultaten visar att hastigheten för sockerhydrering påverkas av metallkatalysatorns kemiska sammansättning och ytegenskaper. Bland de metallkatalysatorer som undersöktes, visade sig en kopparskumkatalysator med en stor ytareal och en ojämn yta vara den mest aktiva för elektrokatalytisk hydrering. Den elektrokatalytiska oxidationen av glukos och xylos gav främst glukonsyra och xylonsyra. Oxidationsreaktionerna utfördes under alkaliska förhållanden med hjälp av guldnanokatalysatorer på mesoporöst Sibunit-kol. Reaktionshastigheten påverkades av guldklustrens storlek, reaktionstemperatur och pH. Reaktionsmekanismen för sockerelektrooxidation undersöktes med hjälp av kvantkemiska beräkningar (grand canonical density functional theory (GC-DFT)) som visade att koncentrationen av adsorberade hydroxidjoner spelar en betydande roll i att styra selektiviteten mot bildning av sockersyror.
Arbetet kontribuerar till katalysatorutveckling, val av reaktionsbetingelser och förståelse av reaktionsmekanismer i elektrokatalytisk omvandling av sockerarter till hållbara och värdeökade kemiska produkter ur biomassa. De mest aktiva katalysatorerna som undersöktes användes för att bevisa konceptuellt att parallell hydrering och oxidering m.a.o. simultan produktion av sockeralkoholer och sockersyror från samma utgångslösning är möjligt, vilket bevisar potential för ytterligare processintensifiering.
Jay Pee Permejo Oña kan vid behov nås per telefon +358 46 842 2913 eller e-post jay.ona@abo.fi.
Avhandlingen kan läsas i Åbo Akademis publikationsarkiv Doria.
Klicka här för pressbild på disputanden.
Anvisningar för att följa med disputationen på distans:
För att följa med disputationen behövs programvaran Zoom eller webbläsaren Google Chrome. Du behöver inte skapa ett Zoom-konto för att kunna följa med disputationen. Om du installerar appen deltar du genom att klicka på möteslänken varefter du bör tillåta att länken öppnas i Zoom-appen.