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二酸化炭素(CO2)からの化学合成

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無色の気体である二酸化炭素の自然大気中の量は、0 から 5% の範囲です。それは 3 つの原子で構成されています。正味の双極子モーメントを持たない直鎖状分子は、1 つの炭素原子に結合した 2 つの酸素原子によって形成されます。 (1) 人や動物などの好気性生物は、主に呼吸中に生成します。それでも、有機廃棄物の燃焼または微生物分解中に生成される可能性があります (2) 石炭、石油、ガソリン、天然ガスなどの化石燃料を燃やすことによって、人為起源の排出の大部分が生成されます。 CO2 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以外に、さまざまな触媒経路を介して化学物質に変換することで直接使用される可能性があります。

 

二酸化炭素の利用方法

さまざまな技術を使用して、二酸化炭素を価値のある化合物に変換することが可能です。高温を伴う熱触媒変換;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。太陽光を利用した光触媒還元。生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。触媒の銅や鉄などの卑金属と有機金属試薬を使用する合成有機化学。および生体触媒を使用した酵素支援反応は、これらのほんの一部です。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 分子に直接電気をかけるとギ酸イオンになり、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価値のある化合物を生成する可能性があります。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、その使用に関連する温室効果ガスの排出を排除し、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ります。また、この方法は、利用率が 100% に近く、触媒材料の必要性が低いため、現在利用可能な他の方法よりも手頃な価格です。ただし、光触媒技術と比較して反応速度が遅く、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 サイズ要件に関連するスケーラビリティの制限の問題により、オプションが商業的に実行可能と見なされる前に、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 ナノクリスタルなどの触媒を使用して、光触媒還元により CO2 分子がカソード電位で適用された場合はギ酸イオンまたはヒドロキシル ラジカルに変換されます。陽極電位で適用された場合。これらの製品は両方とも、溶媒から加熱に至るまで、さまざまな産業で幅広い用途があります。この方法は、従来の熱加熱ではなく光源のみを必要とするため、適切ではない設定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。それ以外の場合は、それぞれスペースとリソースが限られている小規模バッチ生産または研究所などです。この方法は、比類のない柔軟性も提供します。

 

 

空気などの環境から溶存ガスを直接吸収し、それらを脂肪酸などの貴重な代謝産物に変換するように特定の細菌株を操作することは、「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、この方法は、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リストされている他の方法よりも優れています。代わりに、特殊な文化を自分の所有地で安価に栽培し、コンテキスト内で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化合物を目的のレベルで迅速かつ正確に生成できるようになり、その後のプロジェクトの予見可能な将来にわたって品質管理作業を中断することなく実行できるようになりました。研究者は、ますます遺伝子操作技術を使用して、新しい薬や治療法を作成しています。競争の先を行き、科学的発展のブレークスルーで競争上の優位性を維持するために、急速に成長しているヘルスケア部門の世界市場では、ますます多くの研究が必要です。

 

 

熱触媒変換: 熱触媒作用は、水素と一酸化炭素の両方を含む混合物に熱を加えて、石油留分に似た液体炭化水素を生成しますが、今日の化石燃料抽出サイトから得られる標準的な原油よりもはるかに純粋な品質です。精製部門が他では入手困難な貴重な最終製品へのアクセスを可能にします。また、ポリマー合成は、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、接着剤、コーティングなどの熱化学によって可能になります。テキスタイル、繊維、複合材料は、化粧品、包装、食品加工、自動車工学、建設、農業、航空宇宙など、さまざまな産業でさまざまな用途があります。これが、彼らが急速に人気を博し、世界規模でテクノロジー業界のリーダーである理由です.ミトコンドリアを介した酵素変換は、生細胞、特にミトコンドリアから酵素を抽出し、それらを別の媒体に移して反応性中間体に変換することを伴い、最終的には、貴重な中間代謝産物複数の共生化合物の生成に起因するポイント所定の経路結果として指定された最終生成物を形成します。乳酸、アセトイン、グリセロール、およびアルコール 酢酸コハク酸 ピペロニル酸 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、および 2-メチルフェノキシエタノールは、添加剤として低価格でさらに優れた精度と純度で抽出できる化合物のほんの一部です。価値。

 

ただし、直接電気化学法とは対照的に、 ミトコンドリア変換 つまり、エンドポイントに到達する前にサイクルが完了するまでに時間がかかります。これにより、実際のスループット容量が減少する可能性があります。特定の状況では、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、クライアントと顧客に約束されたスケジュールで納品されるようにします。プロジェクトを開始する前に、これは、組織に費用がかかり、組織の評判、ブランド認知度、および市場シェアに長期的な損害を与える可能性のある遅延を引き起こす可能性のあ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、および好ましい立体選択性を生成する支持構造で構成される有機金属試薬の作成は、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ーと比較して、各ケースの基礎を考慮して、コンテキストの下で動作する最適な最適条件を適切に特定し、最大の効率を確保する必要があります。変換中の化学的位置選択性により、分子の特定の位置での選択的な官能基の形成を短時間で簡単に行うことができます。労働力、材料、リソースの無駄を最小限に抑えながら、安全な人員の設備を最優先します。プロジェクトの実行段階のすべての段階で、直面した障害や予期せぬ状況にもかかわらず、実行可能な最も成功した方法でクライアントを引き渡すことを忘れないでください。

 

二酸化炭素(CO2)からの化学合成例

  1. 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との相互作用を含むモンサント法は、二酸化炭素からメタノールを生成する可能性があります。二酸化炭素からのメタノールの生成は、適切な触媒上で高温高圧 (たとえば、400 ~ 430 °C および 10 ~ 20 バール) で水素と混合することによって達成できます。 「メタネーション」という用語もこのプロセスに適用されます。
  2. ギ酸の生成: 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生成することができます。
  3. 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やアルミニウム化合物、および塩酸や硫酸などの他の酸が関与する化学プロセスにより、二酸化炭素もシュウ酸塩に変換される場合があります。
  4. 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、ホスゲンをエチレングリコールなどの二価アルコールと組み合わせることによって作られます。これにより重合反応が起こり、主に二酸化炭素分子が酸素原子で結合したポリマー (すなわち、ポリカーボネート) が生成されます。
  5. 炭酸合成:硫酸やリン酸などの触媒中で、二酸化炭素と水が結合して炭酸を形成します。その結果、尿素やフォーマットなどの化合物が生成される場合があります。
  6. ジメチル エーテルの合成: ジメチル エーテル (DME) は、メタノールの合成用触媒と CO2/H2O または CO/H2 の混合物などの改質剤を使用して二酸化炭素から生成できるもう 1 つの重要な化合物です。合成ガスを DME に変換するための 350 および 400 °C と最大 20 bar の圧力。
  7. ポリカーボネートの製造: 強度、耐久性、透明性、耐熱性、および電気絶縁性のために、ポリカーボネートは工業用途でよく使用されます。それらは一般に、二酸化炭素が塩素ガスまたは塩酸溶液と高温 (200 ~ 300 °C) で反応するときに生成されるホスゲンでビスフェノールをエステル交換することによって作られます。
  8. ジメチルカーボネート (DMC) 合成は、化合物ジメチルカーボネートを生成するために使用されるプロセスです。これには、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、メタノールをホスゲンまたは二酸化炭素と反応させることが含まれます。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、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の処方でエチレングリコールの代替として使用できるほか、溶剤、可塑剤、噴射剤、燃料などの他の多くの用途にも使用できます。

 

 

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