経歴
二酸化炭素は無色のガスで、大気中の自然量は0～5%です。二酸化炭素は1つの原子で構成され、正味の双極子モーメントを持たない直線分子は、2つの炭素原子に結合した3つの酸素原子によって形成されます。二酸化炭素は次のように形成されます。(2) 人間や動物などの好気性生物は、主に呼吸中に二酸化炭素を生成します。また、燃焼中や有機廃棄物の微生物分解中にも二酸化炭素が生成されます。(XNUMX) 石炭、石油、ガソリン、天然ガスなどの化石燃料を燃焼すると、人為的排出物の大半が生成されます。(XNUMX) 対象製品によっては、セメントやソーダの製造などの工業プロセスで使用されるほか、さまざまな触媒経路で化学物質に変換して二酸化炭素を直接使用できます。
二酸化炭素の利用方法
さまざまな技術を使用して、二酸化炭素を貴重な化合物に変換することができます。高温を伴う熱触媒変換、遺伝子操作された細菌株を使用した微生物変換、再生可能エネルギー源を使用した直接電気化学的還元、太陽光を使用した光触媒還元、生きた細胞から抽出した酵素を使用したミトコンドリア媒介酵素変換、銅や鉄などの触媒などの卑金属を含む有機金属試薬を使用した合成有機化学、および生体触媒を使用した酵素支援反応は、これらのほんの一例です。各技術には、対象とする製品カテゴリ、生産速度、エネルギー消費などに応じて独自の利点があります。
CO2 分子に直接電気を加えると、分子はギ酸イオンになり、他の分子と相互作用してメタノールやエタノールなどの貴重な化合物を生成します。このプロセスは、直接電気化学変換として知られています。このアプローチは、従来の化石燃料の代わりに風力や太陽光発電などの再生可能エネルギー源を使用することで、使用に関連する温室効果ガスの排出を排除するため、現在の世界的な気候変動の懸念を考えると魅力的な選択肢となっています。また、この方法は、ほぼ 100% の利用率と触媒材料の必要性の低さから、現在利用可能な他の方法よりも手頃な価格です。ただし、光触媒技術と比較すると反応速度が遅いことと、今日の業界標準で要求される大規模生産レベルを達成するためのリアクターのサイズ要件に関連するスケーラビリティの問題が限られているため、このオプションが商業的に実行可能と見なされるまでにはまだいくつかの問題を解決する必要があります。
光触媒還元: 光エネルギーと、銀、コバルト、酸化亜鉛などのさまざまな遷移金属酸化物をドープした酸化チタンナノ結晶などの触媒を使用して、光触媒還元により、CO2 分子が、陰極電位で適用された場合はギ酸イオンに、陽極電位で適用された場合はヒドロキシルラジカルに変換されます。これらの製品は両方とも、溶媒からさまざまな業界で幅広く使用されています。この方法では従来の熱加熱ではなく光源のみが必要であるため、小ロット生産やスペースとリソースがそれぞれ限られている研究室など、通常は光化学合成が適切ではない環境で光化学合成を実行するための魅力的なオプションです。この方法は、比類のない柔軟性も提供します。
特定の細菌株を操作して、空気などの環境から溶解ガスを直接吸収し、脂肪酸などの貴重な代謝産物に変換する方法は、「微生物変換」として知られています。追加の外部基質がないため、追加の反応物を購入する必要がないため、コストの点でここに挙げた他の方法よりも優れています。代わりに、専用の培養物を自分の土地で安価に栽培し、状況に応じて効果的に使用できます。また、遺伝子操作技術の向上により、複雑な多段階反応でも、目的のレベルで迅速かつ正確にターゲット化合物を生成できるようになり、後続のプロジェクトで当面の間、品質管理操作が中断されることなく実行できるようになります。研究者は、新しい薬や治療法を作成するために、遺伝子操作技術をますます使用しています。競争で勝ち、科学的開発のブレークスルーで競争上の優位性を維持するために、ヘルスケア部門の急成長している世界市場では、ますます多くの研究が必要です。
熱触媒変換: 熱触媒とは、水素と一酸化炭素の両方を含む混合物に熱を加えて、石油留分に似ているが、今日の化石燃料抽出現場から得られる標準的な原油よりもはるかに純粋な液体炭化水素を生成することです。これにより、製油所部門が他の場所で入手するのが難しい貴重な最終製品にアクセスできるようになります。また、熱化学によってポリマー合成が可能になります。ポリオール、プラスチック、ゴム、フォーム、接着剤、シーラント、糊、コーティングなどです。繊維、繊維、複合材料は、化粧品、包装、食品加工、自動車工学、建築、農業、航空宇宙など、さまざまな業界でさまざまな用途があります。これが、それらが急速に人気を集め、世界規模でテクノロジー業界のリーダーとなっている理由です。ミトコンドリア媒介酵素変換では、生きた細胞、特にミトコンドリアから酵素を抽出し、それを別の媒体に移して反応中間体を変換し、最終的に最終製品を形成します。指定されたポイント、所定の経路は、貴重な中間代謝物の生成から生じます。複数の共生化合物。乳酸、アセトイン、グリセロール、アルコール、酢酸、コハク酸、ピペロン酸、コハク酸、リンゴ酸、酒石酸、フマル酸、グルタルアルデヒド、2-ヒドロキシ安息香酸、フェノキシ酢酸、2-メチルフェノキシエタノールは、付加価値としてさらに高い精度と純度で低価格で抽出できる化合物のほんの一例です。
しかし、直接電気化学法とは対照的に、 ミトコンドリア変換 速度が遅いため、サイクルが完了するまでに時間がかかり、エンドポイントに到達できません。これにより、実際のスループット容量が低下する可能性があります。状況によっては、より迅速な応答時間が必要になります。最終製品が予定日までに、クライアントや顧客に約束したスケジュールどおりに納品されることを確認します。プロジェクトを開始する前に、これは、組織に費用がかかったり、評判、ブランド認知度、市場シェアに長期的な損害を与えたりする可能性のある遅延の原因となる失望を回避するための重要な要素です。
有機合成化学: 遷移金属、配位子、支持構造から構成される有機金属試薬を作成して、好ましい立体選択性を生み出すことは、合成有機化学または「有機金属」として知られています。他のコース科目のパラメータと比較して、各ケースの基礎は、状況下で動作する最適な条件を適切に特定し、最大の効率を確保するために考慮する必要があります。変換中の化学位置選択性により、分子の特定の位置での選択的な官能基形成を短時間で簡単に達成できます。労働、材料、リソースの無駄を最小限に抑えながら、安全担当者の装備を最優先します。プロジェクト実行フェーズのすべての段階で、直面する障害や予期しない状況にもかかわらず、実現可能な最も成功した方法でクライアントに納品することを含め、覚えておいてください。
二酸化炭素（CO2）からの化学合成の例
- メタノール合成: 銅亜鉛触媒の存在下で二酸化炭素と水素ガスを反応させるモンサント法では、二酸化炭素からメタノールを生成できます。二酸化炭素からのメタノール生成は、高温高圧 (たとえば、400～430 °C、10～20 bar) で適切な触媒上で二酸化炭素と水素を混合することで実現できます。このプロセスには「メタン化」という用語も適用されます。
- ギ酸の製造: 電気化学セルとパラジウム銅触媒を使用して、二酸化炭素と水素からギ酸を製造できます。
- シュウ酸塩への変換: ホウ砂やアルミナ水和物などのホウ素とアルミニウムの化合物、および塩酸や硫酸などの他の酸を含む化学プロセスを通じて、二酸化炭素もシュウ酸塩に変換される可能性があります。
- ポリカーボネートは、四塩化スズや塩化亜鉛などの触媒の存在下で、ホスゲンとエチレングリコールなどの二価アルコールを結合させることによって製造されます。これにより重合反応が起こり、主に酸素原子で結合した二酸化炭素分子からなるポリマー（ポリカーボネート）が生成されます。
- 炭酸合成: 硫酸やリン酸などの触媒で二酸化炭素と水が結合して炭酸が形成されます。その結果、尿素や有機物などの化合物が作られます。
- ジメチルエーテルの合成: ジメチルエーテル (DME) は、メタノール合成用触媒と改質剤 (CO2/H2O または CO/H2 の混合物など) を使用して、350 ～ 400 °C の温度と最大 20 bar の圧力で合成ガスを DME に変換することにより、二酸化炭素から生成できるもう XNUMX つの重要な化合物です。
- ポリカーボネートの製造: ポリカーボネートは、強度、耐久性、透明性、耐熱性、電気絶縁性などの特性があるため、工業用途でよく使用されています。ポリカーボネートは、一般的にビスフェノールとホスゲンのエステル交換反応によって製造されます。ホスゲンは、二酸化炭素が塩素ガスまたは塩酸溶液と高温 (200～300 °C) で反応して生成されます。
- ジメチルカーボネート (DMC) 合成は、ジメチルカーボネートという化合物を生成するために使用されるプロセスです。このプロセスでは、水酸化カリウムや水酸化ナトリウムなどの塩基触媒の存在下で、メタノールとホスゲンまたは二酸化炭素を反応させます。この反応によりジメチルカーボネートと塩化水素が生成され、その後、蒸留によって混合物から除去されます。ジメチルカーボネートは、自動車や航空機の不凍液配合物でエチレングリコールの代替として使用されるほか、溶剤、可塑剤、推進剤、燃料など、さまざまな用途に使用できます。
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