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長期以來，尼龍一直是由石油基原料生產(chǎn)的。然而，這對環(huán)境是相當(dāng)有害的，因?yàn)槭褂昧瞬豢稍偕幕Y源，同時(shí)需要大量的能源，并且在生產(chǎn)過程中會(huì)排放出破壞氣候的一氧化二氮。來自Helmholtz環(huán)境研究中心（UFZ）和萊比錫大學(xué)的一個(gè)研究小組現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出一種工藝，可以通過電化學(xué)合成和使用微生物從苯酚生產(chǎn)己二酸（尼龍的兩種組成部分之一）。該團(tuán)隊(duì)還聲稱，苯酚可以被木材工業(yè)的廢料所取代。這些廢料可用于生產(chǎn)生物基尼龍。該研究工作發(fā)表在《綠色化學(xué)》刊物上。
在T恤衫、絲襪、襯衫和繩索中，或作為降落傘和汽車輪胎的成分，聚酰胺作為合成纖維被廣為使用。在20世紀(jì)30年代末，這種合成聚酰胺被命名為“尼龍”。尼龍6和尼龍6,6是兩種聚酰胺，約占全球尼龍市場的95%。到目前為止，它們都是由化石原料生產(chǎn)的。然而，這種石化工藝對環(huán)境有害，因?yàn)樗谌蚍秶鷥?nèi)排放了約10%的破壞氣候的一氧化二氮，并且需要大量的能源。Helmholtz環(huán)境研究中心（UFZ）的電子生物技術(shù)工作組組長Falk Harnisch博士表示："我們的目標(biāo)是使整個(gè)尼龍生產(chǎn)鏈對環(huán)境友好。若是我們利用生物基廢料作為原料，并使合成過程具有可持續(xù)性，我們的目標(biāo)是有可能實(shí)現(xiàn)的。"
由Falk Harnisch和Rohan Karande博士領(lǐng)導(dǎo)的萊比錫大學(xué)研究人員在《綠色化學(xué)》上發(fā)表的一篇文章中描述了如何實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。例如，尼龍由大約50%的己二酸組成，到目前為止，己二酸是通過工業(yè)方式從石油中提取的。在第一步，苯酚被轉(zhuǎn)化為環(huán)己醇，然后再轉(zhuǎn)化為己二酸。這個(gè)能源密集型的過程需要高溫、高壓和大量的有機(jī)溶劑。它還會(huì)釋放出大量的一氧化二氮和二氧化碳。研究人員現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出一種工藝，他們可以使用電化學(xué)工藝將苯酚轉(zhuǎn)化為環(huán)己醇。Falk Harnisch博士解釋稱："其背后的化學(xué)轉(zhuǎn)化與既有工藝相同。然而，電化學(xué)合成用電能代替了氫氣，它在水溶液中進(jìn)行，只需要環(huán)境壓力和溫度。"
該研究的第一作者、Helmholtz環(huán)境研究中心（UFZ）化學(xué)家Mijel Chávez Morejón博士稱：“為了使這一反應(yīng)盡可能快速有效地進(jìn)行，需要一種合適的催化劑。這將最大限度地提高反應(yīng)所需的電子數(shù)量和提高苯酚轉(zhuǎn)化為環(huán)己醇的效率。在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)中，碳基銠催化劑顯示了最好的生產(chǎn)效率（幾乎70%的電子和略高于70%的環(huán)己醇）。相對較短的反應(yīng)時(shí)間、高效的產(chǎn)量、對能源的有效利用以及與生物系統(tǒng)的協(xié)同作用使這一過程對于聯(lián)合生產(chǎn)己二酸具有吸引力。” 在早期的研究中，由Katja Bühler博士和Bruno Bühler博士領(lǐng)導(dǎo)的另外兩個(gè)Helmholtz環(huán)境研究中心（UFZ）工作小組發(fā)現(xiàn)了丁香假單胞菌如何在第二步中將環(huán)己醇轉(zhuǎn)化為己二酸。Rohan Karande博士稱："直到現(xiàn)在，還不可能通過微生物將苯酚轉(zhuǎn)化為環(huán)己醇。我們已經(jīng)用電化學(xué)反應(yīng)填補(bǔ)了這一空白。"
萊比錫大學(xué)的研究人員通過開發(fā)出一種替代品，來替代由化石原料生產(chǎn)的苯酚，填補(bǔ)了環(huán)境友好型尼龍生產(chǎn)方面的又一空白。為此，他們使用了諸如丁香酚、兒茶酚和愈創(chuàng)木酚等單體，這些單體都是作為木質(zhì)素（一種木材工業(yè)的廢品）的降解產(chǎn)物產(chǎn)生的。Falk Harnisch表示："對于這些模型混合物，我們已經(jīng)能夠證明，可以將它們加工合成一直到己二酸。"
然而，在木質(zhì)素基的尼龍進(jìn)入市場之前，還有很長的路要走。例如，到目前為止，科學(xué)家們在22小時(shí)的整個(gè)過程中（即通過微生物和電化學(xué)反應(yīng)步驟從木質(zhì)素殘留物的單體到己二酸）實(shí)現(xiàn)了57%的產(chǎn)率。Micjel Chávez Morejón稱："這是一個(gè)非常好的產(chǎn)量"。這些結(jié)果仍然只是基于毫升級別的實(shí)驗(yàn)室測試。在未來兩年內(nèi)，將為擴(kuò)大該工藝的規(guī)模創(chuàng)造先決條件。這種技術(shù)轉(zhuǎn)讓不僅需要對整個(gè)過程有更好的理解，而且還需要使用真正的木質(zhì)素混合物而不是模型混合物，以及電化學(xué)反應(yīng)器的改進(jìn)。Falk Harnisch和Rohan Karande一致表示： "木質(zhì)素基尼龍的工藝體現(xiàn)了電化學(xué)-微生物工藝的巨大潛力，因?yàn)榭梢酝ㄟ^各種成分的智能組合方式建立最佳的工藝鏈。”
