Sản xuất nilon từ nông nghiệp

Vấn đề đặt ra là tìm ra phương pháp mới sạch sẽ hơn để sản xuất nylon ít gây ảnh hưởng đến môi trường axit adipic là nguyên liệu chính của nylon. Bởi vậy, các nhà hóa học dành cho sự quan tâm đặc biệt, tại một phòng thí nghiệm nó đã được sản xuất từ loại đường phong phú nhất trong tự nhiên: D-glucozơ. Hai nhà hóa học Karen Draths và John thuộc trường Đại học Purdue bang Indiana (Mỹ), hy vọng rằng phương pháp này sẽ được triển khai để thay thế các quy trình gây ô nhiễm vừa tốn năng lượng đang dùng để sản xuất axit adipic.

Phương pháp truyền thống ra đời cách đây gần một thế kỷ và đến nay vẫn áp dụng đi từ benzen một hóa chất gây ung thư lấy từ nguyên liệu hóa thạch không tái sinh là dầu mỏ.

Việc chuyển hóa benzen thành axit adipic đòi hỏi nhiệt độ cao và áp suất cao. Khâu cuối cùng của quá trình nhiều giai đoạn có sự tham gia của axit nitric tạo ra khí nhà kính đinitơ oxit (N ₂O). Trong bảng xếp hạng về ô nhiễm, N ₂O trong khí quyển ngành sản xuất axit adipic chiếm tới 10%.

Nhưng D-glucoza ở đâu ra? Thật đơn giản, dễ kiếm và nhiều vô kể. Đó là các phế liệu nông nghiệp dưới dạng xenlulozơ. Hai nhà khoa học vừa nói trên đã chỉ ra một con đường mới dùng enzym để chuyển hóa D-glucozơ thành axit muconic. Chất này sẽ phản ứng với hydro để tạo thành axit adipic. Để chuyển hóa D-glucoza thành axit muconic, Draths và John đã kết hợp hai xúc tác sinh học phỏng theo các quá trình của thiên nhiên.

Quá trình thứ nhất: biến D-glucozơ thành các amino axit như Phenylalamin, Tiroxin và Triptophan (cả ba đều chứa vòng benzen). Một tác động tự nhiên dẫn dắt các amino axit này qua hợp chất trung gian là axit 3-Dehydro - Sikimic (DHS). Hai nhà bác học này coi phân tử này là chìa khóa để tạo ra axit adipic.

Họ thấy rằng có thể tăng hiệu suất của DHS đến cực đại bằng cách dùng thể đột biến di truyền của vi khuẩn E. Coli ký hiệu bằng mã số AB2834. Các enzym khác nữa được Draths và John huy động để chuyển hóa DHS thành axit mucomic. Hiệu suất của axit này tính theo D-glucoza là 30%.

Giai đoạn cuối cùng là một quá trình hóa học thuần túy, axit muconic chuyển thành axit adipic bằng cách hyđro hóa xúc tác trên platin.

Các nhà phát minh cho rằng triển khai quy trình này trên quy mô công nghiệp là không phải dễ dàng. Song thuận lợi lớn đối với công nghiệp là quy trình diễn ra ở nhiệt độ và áp suất thường.

Việc sản xuất nilon từ nguyên liệu sinh học đã mở ra phương pháp mới trong việc bảo vệ môi trường, để nilon giảm đi danh tiếng là “kẻ gây ô nhiễm” và mãi là vị trí thứ nhất trong thế giới tổng hợp.