Production of bioplastic monomer 2,5-Furandicarboxylic acid by green oxidation reaction

ประเทศไทยมีปริมาณขยะพลาสติกและโฟมมากถึง 2.7 ล้านตัน หรือเฉลี่ย 7,000 ตันต่อวัน แบ่งเป็นขยะจากถุงพลาสติก 80% หรือประมาณ 2 ล้านตัน ซึ่งเกิดขึ้นในอัตรา 5,300 ตันต่อวัน ส่วนที่เหลือเป็นขยะจากโฟมประมาณ 700,000 ตัน โดยปกติขยะเหล่านี้ต้องใช้เวลาย่อยสลายยาวนานถึง 450 ปี นอกจากนี้ยังพบว่าพลาสติกประเภทพอลีเอทิลลีนเทเรฟทาเลต (PET) เป็นหนึ่งในพลาสติกที่นิยมใช้สำหรับบรรจุเครื่องดื่มและอาหาร ซึ่งใช้งานแล้วคิดเป็นปริมาณขยะได้ถึง 330,000 ตันต่อปี อนึ่งในปัจจุบันการผลิตพลาสติกนิยมใช้วัตถุดิบตั้งต้นจากสารปิโตรเคมีเป็นหลัก ซึ่งก่อให้เกิดการเพิ่มขึ้นของปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ในสิ่งแวดล้อม ส่งผลต่อปัญหาสภาวะโลกร้อน ดังนั้นพลาสติกชีวภาพจึงเป็นทางเลือกหนึ่งในการลดการใช้ปิโตรเคมีในการผลิต และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ในปัจจุบันมีการเปลี่ยนสารชีวมวลให้กลายเป็นพลาสติกชีวภาพหลายชนิด เช่น พอลิแล็กติกแอซิด (Polylactic Acid หรือ PLA) พอลิบิวทิลีนซักซิเนต (Polybutylene Succinate หรือ PBS) และ พอลีเอทิลลีนฟูราโนเอท (Polyethylene Furanoate หรือ PEF) โดยเฉพาะพลาสติก PEF ที่เป็นพลาสติกที่มีคุณสมบัติคล้ายกับพลาสติก PET แต่พลาสติก PEF สามารถสังเคราะห์ได้จากชีวมวล 100 % จึงลดปริมาณการใช้สารปิโตรเคมีในการผลิต โดยทั่วไปพลาสติก PEF สังเคราะห์ได้จากปฏิกิริยาพอลีเมอไรเซชันระหว่าง โมโนเมอร์ 2 ชนิด ได้แก่ 2,5-furandicarboxylic acid (FDCA) และ ethylene ซึ่งโมโนเมอร์ FDCA สามารถสังเคราะห์ได้จากปฏิกิริยาออกซิเดชันของไฮดรอกซีเมทิลเฟอร์ฟูรัล (HMF) แต่อย่างไรก็ตามกระบวนการผลิต FDCA ยังมีข้อจำกัดเช่น ตัวเร่งปฏิกิริยามีราคาแพง อุณหภูมิและความดันสูงทำให้มีต้นทุนการผลิตที่สูง ดังนั้นการพัฒนากระบวนการผลิต FDCA ที่มีประสิทธิภาพ และสามารถลดต้นทุน จึงเป็นเรื่องเร่งด่วนที่จะผลักดันอุตสาหกรรมพลาสติกชีวภาพของไทย ดังนั้นงานวิจัยนี้จึงมีวัตถุประสงค์พัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดใหม่ที่สามารถช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการสังเคราะห์สารมอนอเมอร์ FDCA จากสารตั้งต้น HMF สำหรับตัวเร่งปฏิกิริยาที่สนใจสังเคราะห์คือเฟอเรท (Fe(VI)) ซึ่งเป็นตัวออกซิไดซ์ที่แรงสามารถสังเคราะห์ได้จากเกลือของเหล็ก มีราคาถูก และผลิตภัณฑ์พลอยได้หลังจากปฏิกิริยามีความเป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อมต่ำ ดังนั้นในงานวิจัยนี้มุ่งเน้นที่จะศึกษาปฏิกิริยาออกซิเดชันของ HMF เป็น FDCA ด้วยตัวออกซิไดซ์เฟอเรท (Fe(VI)) พร้อมทั้งศึกษาสภาวะ และปัจจัยที่เหมาะสมในการสังเคราะห์ FDCA ด้วยเฟอเรท (Fe(VI)) อีกทั้งยังศึกษาผลของตัวรองรับที่เหมาะสมในการกระจายอนุภาคนาโนของ เฟอเรท (Fe(VI)) ให้สม่ำเสมอ ซึ่งจะช่วยในการเพิ่มประสิทธิภาพการผลิต FDCA มากยิ่งขึ้น ดังนั้นผลลัพธ์จากงานวิจัยนี้สามารถเป็นใช้ทางเลือกหนึ่งในการผลิต FDCA ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และสามารถเพิ่มศักยภาพการผลิตพลาสติกชีวภาพของไทยอีกด้วย