Tabla de contenido
Fondo
Las cantidades atmosféricas naturales de dióxido de carbono, un gas incoloro, oscilan entre 0 y 5%. Se compone de tres átomos: una molécula lineal sin momento dipolar neto está formada por dos átomos de oxígeno unidos a un átomo de carbono. Está formulado de esta manera: (1) las criaturas aeróbicas como las personas y los animales lo producen principalmente durante la respiración. Aún así, también puede generarse durante la combustión o la descomposición microbiana de los desechos orgánicos (2), al quemar combustibles fósiles, incluidos el carbón, el petróleo, la gasolina y el gas natural, se produce la mayor parte de las emisiones antropogénicas, y (3) dependiendo de la intención. producto(s), el CO2 puede ser usado directamente convirtiéndolo en químicos a través de varias rutas catalíticas además de ser usado en procesos industriales como la fabricación de cemento o soda(s).
Métodos de utilización de dióxido de carbono
Es posible convertir el dióxido de carbono en valiosos compuestos químicos usando varias técnicas. Conversión termocatalítica que involucra altas temperaturas; conversión microbiana utilizando cepas de bacterias modificadas; reducción electroquímica directa utilizando fuentes de energía renovables; reducción fotocatalítica con luz solar; conversiones enzimáticas mediadas por mitocondrias usando enzimas extraídas de células vivas; química orgánica sintética utilizando reactivos organometálicos con metales base como catalizadores de cobre o hierro; y las reacciones asistidas por enzimas que utilizan biocatalizadores son algunas de ellas. Cada técnica tiene beneficios únicos según las categorías de productos previstas, la tasa de producción, el consumo de energía, etc.
Aplicar electricidad directamente a las moléculas de CO2 hace que se conviertan en iones de formiato, que pueden interactuar con otras moléculas para generar compuestos valiosos como metanol y etanol. Este proceso se conoce como conversión electroquímica directa. Este enfoque elimina cualquier emisión de gases de efecto invernadero relacionada con su uso mediante el uso de fuentes de energía renovables como la energía eólica y solar en lugar de los combustibles fósiles convencionales, lo que lo convierte en una opción atractiva, dadas las preocupaciones actuales sobre el cambio climático global. Y este método es más asequible que otros métodos disponibles ahora debido a sus tasas de utilización cercanas a 100% y la baja necesidad de materiales catalizadores. Sin embargo, aún deben resolverse algunos problemas antes de que la opción pueda considerarse comercialmente viable debido a las bajas velocidades de reacción en comparación con las técnicas fotocatalíticas y los problemas de escalabilidad limitados relacionados con los requisitos de tamaño del reactor para lograr los niveles de producción a gran escala que exigen los estándares actuales de la industria.
Reducción fotocatalítica: Utilizando energía luminosa y catalizadores como nanocristales de óxido de titanio dopados con varios óxidos de metales de transición, como plata, cobalto, óxido de zinc, etc., la reducción fotocatalítica convierte las moléculas de CO2 en iones formiato, si se aplica a un potencial catódico, o en radicales hidroxilo, si se aplica a un potencial anódico. Ambos productos tienen una amplia gama de usos en diversas industrias, que van desde solventes hasta y dado que este método solo necesita una fuente de luz en lugar del calentamiento térmico tradicional, es una opción atractiva para realizar síntesis fotoquímicas en entornos donde no sería apropiado. de lo contrario, como la producción de lotes pequeños o laboratorios donde el espacio y los recursos son limitados, respectivamente. Este método también ofrece una flexibilidad inigualable.
La ingeniería de ciertas cepas bacterianas para absorber directamente los gases disueltos del medio ambiente, como el aire, y transformarlos en metabolitos valiosos, como los ácidos grasos, se conoce como "conversión microbiana". Sin sustratos externos adicionales, este método supera a los otros enumerados aquí en términos de costos porque no es necesario comprar reactivos adicionales; en cambio, las culturas especializadas pueden cultivarse a bajo costo en la propiedad de uno y usarse dentro del contexto de manera efectiva. Y gracias a las mejoras en las tecnologías de manipulación genética, incluso las reacciones complejas de varios pasos ahora pueden producir compuestos objetivo en los niveles deseados de forma rápida y precisa, lo que garantiza que las operaciones de control de calidad se ejecuten sin interrupción en el futuro previsible para proyectos posteriores. Los investigadores utilizan cada vez más las tecnologías de manipulación genética para crear nuevos medicamentos y tratamientos. Para mantenerse por delante de la competencia y mantener una ventaja competitiva en los avances del desarrollo científico, el mercado mundial de rápido crecimiento del sector de la salud necesita una cantidad cada vez mayor de investigación.
Conversión termocatalítica: La termocatálisis es la aplicación de calor a una mezcla que contiene tanto hidrógeno como monóxido de carbono para producir hidrocarburos líquidos similares a las fracciones de petróleo pero mucho más puros en calidad que el petróleo crudo estándar obtenido de los sitios de extracción de combustibles fósiles en la actualidad. Haciendo posible el acceso a productos finales valiosos que el sector de la refinería encontraría difícil de obtener en otros lugares. Y la síntesis de polímeros se habilita a través de la termoquímica: polioles, plásticos, caucho, espuma, adhesivos, selladores, colas y recubrimientos. Los textiles, las fibras y los materiales compuestos tienen diversos usos en diversas industrias, como la cosmética, el envasado, el procesamiento de alimentos, la ingeniería automotriz, la construcción de edificios, la agricultura y la industria aeroespacial. Es por eso que están ganando popularidad rápidamente y son líderes en la industria de la tecnología a escala mundial. Las conversiones enzimáticas mediadas por mitocondrias implican extraer enzimas de células vivas, específicamente mitocondrias, y transferirlas a otro medio donde transforman intermediarios reactivos, formando finalmente un producto final designado como resultado de una vía predeterminada de la generación de valiosos metabolitos intermedios múltiples compuestos comensales. El ácido láctico, la acetoína, el glicerol y el alcohol acético, succínico, piperonílico, succínico, málico, tartárico, fumárico, glutaraldehído, 2-hidroxibenzoato, ácido fenoxiacético y 2-metilfenoxietanol son solo algunos de los compuestos que se pueden extraer con una precisión y pureza aún mejores a precios reducidos como valor.
Sin embargo, a diferencia del método de electroquímica directa, conversiones mitocondriales tienen una cinética más lenta, lo que significa que el ciclo tarda más en completarse antes de llegar al punto final. Esto podría reducir la capacidad de rendimiento real. En determinadas circunstancias, son necesarios tiempos de respuesta más rápidos. Asegúrese de que el producto final se entregue en la fecha prevista y en el cronograma prometido a los clientes y consumidores. Antes de comenzar el proyecto, este es un factor crucial para evitar decepciones que podrían causar demoras que podrían costarle dinero a la organización o dañar a largo plazo su reputación, reconocimiento de marca y participación de mercado.
Química Sintética Orgánica: La creación de reactivos organometálicos compuestos por metales de transición, ligandos y estructuras de soporte para producir una estereoselectividad favorable se conoce como química orgánica sintética u "organometálicos". En comparación con otros parámetros de los temas del curso, se debe considerar la base de cada caso para identificar adecuadamente las mejores condiciones óptimas que operan en el contexto, asegurando la máxima eficiencia. La quimioregioselectividad durante las transformaciones permite que la formación de grupos funcionales selectivos en posiciones específicas de las moléculas se logre fácilmente en poco tiempo. Minimizar el desperdicio de mano de obra, materiales y recursos al mismo tiempo que se da alta prioridad al equipo de personal de seguridad. Recuerde, en cada etapa de la fase de ejecución del proyecto, incluida la entrega de los clientes de la manera más exitosa posible, a pesar de los obstáculos enfrentados y las circunstancias imprevistas.
Ejemplos de síntesis química a partir de dióxido de carbono (CO2)
- Síntesis de metanol: el método de Monsanto, que incluye la interacción del dióxido de carbono con gas hidrógeno en presencia de un catalizador de cobre y zinc, puede crear metanol a partir del dióxido de carbono. La producción de metanol a partir de dióxido de carbono se puede lograr mezclándolo con hidrógeno sobre un catalizador adecuado a altas temperaturas y presiones (por ejemplo, 400–430 °C y 10–20 bar). El término “metanización” también se aplica a este proceso.
- Producción de ácido fórmico: utilizando una celda electroquímica y un catalizador de paladio-cobre, se puede producir ácido fórmico a partir de dióxido de carbono e hidrógeno.
- Conversión a sales de oxalato: a través de procesos químicos que involucran compuestos de boro y aluminio como el bórax o el hidrato de alúmina y otros ácidos, incluidos el ácido clorhídrico o el ácido sulfúrico, el dióxido de carbono también puede transformarse en sales de oxalato.
- Los policarbonatos se fabrican combinando fosgeno con alcoholes dihídricos como el etilenglicol en presencia de catalizadores como el tetracloruro de estaño o el cloruro de zinc. Esto provoca reacciones de polimerización que dan como resultado polímeros formados principalmente por moléculas de dióxido de carbono unidas por átomos de oxígeno (es decir, policarbonatos).
- Síntesis de ácido carbónico: en un catalizador como el ácido sulfúrico o el ácido fosfórico, el dióxido de carbono y el agua se combinan para formar ácido carbónico. El resultado puede formar compuestos como la urea y formatos.
- Síntesis de dimetil éter: el dimetil éter (DME) es otro compuesto importante que se puede producir a partir de dióxido de carbono mediante el uso de catalizadores para la síntesis de metanol y un agente reformador, como una mezcla de CO2/H2O o CO/H2, a temperaturas entre 350 y 400 °C y presiones de hasta 20 bar para la conversión de gas de síntesis en DME.
- Producción de policarbonato: debido a su resistencia, durabilidad, transparencia, resistencia al calor y cualidades de aislamiento eléctrico, los policarbonatos se emplean a menudo en aplicaciones industriales. Por lo general, se fabrican mediante la transesterificación de bisfenol con fosgeno, que se crea cuando el dióxido de carbono reacciona con cloro gaseoso o una solución de ácido clorhídrico a alta temperatura (200–300 °C).
- La síntesis de carbonato de dimetilo (DMC) es un proceso utilizado para producir el compuesto químico carbonato de dimetilo. Implica hacer reaccionar metanol con fosgeno o dióxido de carbono en presencia de un catalizador base como hidróxido de potasio o hidróxido de sodio. La reacción produce carbonato de dimetilo y cloruro de hidrógeno, que luego se eliminan de la mezcla por destilación. El carbonato de dimetilo se puede utilizar como alternativa al etilenglicol en formulaciones anticongelantes para automóviles y aeronaves, así como para muchas otras aplicaciones, incluidos solventes, plastificantes, propulsores y combustibles.
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