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Sintesi chimica da anidride carbonica (CO2)

Sommario

Sfondo

Le quantità atmosferiche naturali di anidride carbonica, un gas incolore, vanno da 0 a 5%. Comprende tre atomi: una molecola lineare senza momento di dipolo netto è formata da due atomi di ossigeno legati a un atomo di carbonio. È formulato in questi modi: (1) le creature aerobiche come le persone e gli animali lo producono principalmente durante la respirazione. Tuttavia, può anche essere generato durante la combustione o la degradazione microbica dei rifiuti organici (2), bruciando combustibili fossili, tra cui carbone, petrolio, benzina e gas naturale, producendo la maggior parte delle emissioni antropogeniche, e (3) a seconda del previsto prodotto(i), la CO2 può essere utilizzata direttamente convertendola in sostanze chimiche attraverso varie vie catalitiche oltre ad essere utilizzata in processi industriali come la produzione di cemento o soda(i).

 

Metodi di utilizzo dell'anidride carbonica

È possibile convertire l'anidride carbonica in preziosi composti chimici utilizzando varie tecniche. Conversione termocatalitica ad alte temperature; conversione microbica utilizzando ceppi batterici ingegnerizzati; riduzione elettrochimica diretta mediante fonti energetiche rinnovabili; riduzione fotocatalitica mediante luce solare; conversioni enzimatiche mediate dai mitocondri utilizzando enzimi estratti da cellule viventi; chimica organica sintetica che utilizza reagenti organometallici con metalli di base come catalizzatori rame o ferro; e le reazioni assistite da enzimi che utilizzano biocatalizzatori sono alcune di queste. Ogni tecnica ha vantaggi unici in base alle categorie di prodotti previsti, alla velocità di produzione, al consumo di energia, ecc.

 

 

L'applicazione di elettricità direttamente alle molecole di CO2 fa sì che diventino ioni formiato, che possono interagire con altre molecole per generare composti preziosi come metanolo ed etanolo. Questo processo è noto come conversione elettrochimica diretta. Questo approccio elimina tutte le emissioni di gas serra legate al suo utilizzo utilizzando fonti di energia rinnovabile come l'energia eolica e solare invece dei combustibili fossili convenzionali, rendendolo una scelta interessante, date le attuali preoccupazioni sul cambiamento climatico globale. E questo metodo è più conveniente rispetto ad altri metodi ora disponibili a causa dei suoi tassi di utilizzo vicini a 100% e della scarsa necessità di materiali catalitici. Tuttavia, alcuni problemi devono ancora essere risolti prima che l'opzione possa essere considerata commercialmente praticabile a causa delle basse velocità di reazione rispetto alle tecniche fotocatalitiche e dei problemi di scalabilità limitati legati ai requisiti delle dimensioni del reattore per raggiungere livelli di produzione su larga scala come richiesto dagli standard del settore oggi.

 

Riduzione fotocatalitica: Utilizzando energia luminosa e catalizzatori come nanocristalli di ossido di titanio drogati con vari ossidi di metalli di transizione, come argento, cobalto, ossido di zinco, ecc., la riduzione fotocatalitica converte le molecole di CO2 in ioni formiato, se applicati a un potenziale catodico, o in radicali idrossilici, se applicato ad un potenziale anodico. Entrambi questi prodotti hanno una vasta gamma di usi in vari settori, che vanno dal solvente a e poiché questo metodo necessita solo di una fonte di luce anziché del tradizionale riscaldamento termico, è un'opzione interessante per eseguire sintesi fotochimiche in ambienti in cui non sarebbe appropriato altrimenti, come la produzione di piccoli lotti o laboratori dove lo spazio e le risorse sono rispettivamente limitati. Questo metodo offre anche una flessibilità senza pari.

 

 

Progettare determinati ceppi batterici per assorbire direttamente i gas disciolti dall'ambiente, come l'aria, e trasformarli in preziosi metaboliti, come gli acidi grassi, è noto come "conversione microbica". Senza substrati esterni aggiuntivi, questo metodo supera gli altri elencati qui in termini di costi perché non è necessario acquistare reagenti aggiuntivi; invece, colture specializzate possono essere coltivate a buon mercato sulla propria proprietà e utilizzate efficacemente nel contesto. E grazie ai miglioramenti nelle tecnologie di manipolazione genetica, anche reazioni complesse in più fasi possono ora produrre composti target ai livelli desiderati in modo rapido e accurato, garantendo che le operazioni di controllo della qualità vengano eseguite senza interruzioni per il prossimo futuro per i progetti successivi. I ricercatori utilizzano sempre più le tecnologie di manipolazione genetica per creare nuovi farmaci e trattamenti. Per stare al passo con la concorrenza e mantenere un vantaggio competitivo nelle innovazioni dello sviluppo scientifico, il mercato mondiale in rapida crescita del settore sanitario necessita di una quantità sempre maggiore di ricerca.

 

 

Conversione termocatalitica: La termocatalisi è l'applicazione di calore a una miscela che contiene sia idrogeno che monossido di carbonio per produrre idrocarburi liquidi simili alle frazioni del petrolio ma di qualità molto più pura rispetto al petrolio greggio standard ottenuto oggi dai siti di estrazione di combustibili fossili. Rendere possibile l'accesso a prodotti finiti di pregio che il settore della raffinazione troverebbe difficile ottenere altrove. E la sintesi dei polimeri è resa possibile dalla termochimica: polioli, plastica, gomma, schiuma, adesivi, sigillanti, colle e rivestimenti. Tessili, fibre e materiali compositi hanno vari usi in vari settori, tra cui cosmetici, imballaggi, trasformazione alimentare, ingegneria automobilistica, edilizia, agricoltura e aerospaziale. Questo è il motivo per cui stanno rapidamente guadagnando popolarità e sono leader nel settore tecnologico su scala globale. Le conversioni enzimatiche mediate dai mitocondri comportano l'estrazione di enzimi dalle cellule viventi, in particolare i mitocondri, e il loro trasferimento in un altro mezzo dove trasformano gli intermedi reattivi, formando infine un prodotto finale designato punto predeterminato percorso risultante dalla generazione di preziosi metaboliti intermedi più composti commensali. Acido lattico, acetoina, glicerolo e alcool Acetico succinico piperonilico succinico malico tartarico fumarico glutaraldeide, 2-idrossibenzoato, acido fenossiacetico e 2-metilfenossietanolo sono solo alcuni composti che possono essere estratti con precisione e purezza ancora migliori a prezzi ridotti come aggiunta valore.

 

Tuttavia, contrariamente al metodo elettrochimico diretto, conversioni mitocondriali hanno una cinetica più lenta, il che significa che ci vuole più tempo per completare il ciclo prima di raggiungere il punto finale. Ciò potrebbe ridurre la capacità di throughput effettiva. In determinate circostanze, sono necessari tempi di risposta più rapidi. Garantire che il prodotto finale venga consegnato entro la data prevista e nel programma promesso a clienti e clienti. Prima di iniziare il progetto, questo è un fattore cruciale per evitare eventuali delusioni che potrebbero causare ritardi che potrebbero costare denaro all'organizzazione o causare danni a lungo termine alla sua reputazione, consapevolezza del marchio e quota di mercato.

 

Chimica sintetica organica: La creazione di reagenti organometallici costituiti da metalli di transizione, ligandi e strutture di supporto per produrre stereoselettività favorevole è nota come chimica organica sintetica o "organometallici". Rispetto ad altri parametri disciplinari del corso, ogni casistica deve essere considerata per identificare adeguatamente le migliori condizioni ottimali operanti nel contesto, garantendo la massima efficienza. La regioselettività chemio durante le trasformazioni consente di ottenere facilmente formazioni di gruppi funzionali selettivi in posizioni specifiche delle molecole in breve tempo. Riduzione al minimo degli sprechi di manodopera, materiali e risorse, dando massima priorità alle attrezzature del personale di sicurezza. Ricorda, in ogni fase della fase di esecuzione del progetto, compresa la consegna dei clienti nel modo più efficace possibile, nonostante gli ostacoli incontrati e le circostanze impreviste.

 

Esempi di sintesi chimica da anidride carbonica (CO2)

  1. Sintesi del metanolo: il metodo Monsanto, che include l'interazione dell'anidride carbonica con l'idrogeno gassoso in presenza di un catalizzatore di rame-zinco, può creare metanolo dall'anidride carbonica. La produzione di metanolo dall'anidride carbonica può essere ottenuta miscelandolo con idrogeno su un catalizzatore adatto a temperature e pressioni elevate (ad esempio, 400–430 ° C e 10–20 bar). Il termine "metanazione" si applica anche a questo processo.
  2. Produzione di acido formico: utilizzando una cella elettrochimica e un catalizzatore palladio-rame, l'acido formico può essere prodotto da anidride carbonica e idrogeno.
  3. Conversione in sali di ossalato: attraverso processi chimici che coinvolgono composti di boro e alluminio come borace o idrato di allumina e altri acidi, tra cui acido cloridrico o acido solforico, l'anidride carbonica può anche essere trasformata in sali di ossalato.
  4. I policarbonati sono realizzati combinando il fosgene con alcoli diidrici come il glicole etilenico in presenza di catalizzatori come il tetracloruro di stagno o il cloruro di zinco. Questo provoca reazioni di polimerizzazione che si traducono in polimeri costituiti principalmente da molecole di anidride carbonica unite da atomi di ossigeno (cioè policarbonati).
  5. Sintesi dell'acido carbonico: In un catalizzatore come l'acido solforico o l'acido fosforico, l'anidride carbonica e l'acqua si combinano per formare acido carbonico. Il risultato può produrre composti come urea e formati.
  6. Sintesi di dimetil etere: il dimetil etere (DME) è un altro composto significativo che può essere prodotto dall'anidride carbonica utilizzando catalizzatori per la sintesi di metanolo e un agente di reforming, come una miscela di CO2/H2O o CO/H2, a temperature comprese tra 350 e 400 °C e pressioni fino a 20 bar per la conversione del syngas in DME.
  7. Produzione di policarbonato: a causa della loro forza, durata, trasparenza, resistenza al calore e qualità di isolamento elettrico, i policarbonati sono spesso impiegati nelle applicazioni industriali. Sono comunemente prodotti transesterificando il bisfenolo con fosgene, creato quando l'anidride carbonica reagisce con il cloro gassoso o una soluzione di acido cloridrico ad alta temperatura (200–300 ° C).
  8. La sintesi del dimetilcarbonato (DMC) è un processo utilizzato per produrre il composto chimico dimetilcarbonato. Implica la reazione del metanolo con fosgene o anidride carbonica in presenza di un catalizzatore di base come l'idrossido di potassio o l'idrossido di sodio. La reazione produce dimetil carbonato e acido cloridrico, che viene poi rimosso dalla miscela mediante distillazione. Il dimetilcarbonato può essere utilizzato come alternativa al glicole etilenico nelle formulazioni antigelo per automobili e aeromobili, nonché per numerose altre applicazioni tra cui solventi, plastificanti, propellenti e carburanti.

 

 

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