Inhoudsopgave
Achtergrond
Natuurlijke atmosferische hoeveelheden kooldioxide, een kleurloos gas, variëren van 0 tot 5%. Het bestaat uit drie atomen: een lineair molecuul zonder netto dipoolmoment wordt gevormd door twee zuurstofatomen gebonden aan één koolstofatoom. Het is op deze manier geformuleerd: (1) aerobe wezens zoals mensen en dieren produceren het voornamelijk tijdens de ademhaling. Toch kan het ook worden gegenereerd tijdens verbranding of de microbiële afbraak van organisch afval (2), door verbranding van fossiele brandstoffen, waaronder steenkool, olie, benzine en aardgas, produceert het grootste deel van de antropogene emissies, en (3) afhankelijk van de beoogde product(en), kan CO2 direct worden gebruikt door het om te zetten in chemicaliën via verschillende katalytische routes naast het gebruik in industriële processen zoals de productie van cement of soda(s).
Kooldioxide-gebruiksmethoden
Met verschillende technieken is het mogelijk om koolstofdioxide om te zetten in waardevolle chemische verbindingen. Thermokatalytische omzetting met hoge temperaturen; microbiële conversie met behulp van gemanipuleerde bacteriestammen; directe elektrochemische reductie met behulp van hernieuwbare energiebronnen; fotokatalytische reductie met behulp van zonlicht; mitochondria-gemedieerde enzymatische conversies met behulp van enzymen die zijn geëxtraheerd uit levende cellen; synthetische organische chemie met behulp van organometaalreagentia met onedele metalen zoals katalysatoren koper of ijzer; en enzymondersteunde reacties met behulp van biokatalysatoren zijn enkele hiervan. Elke techniek heeft unieke voordelen volgens de beoogde productcategorieën, productiesnelheid, energieverbruik, enz.
Door elektriciteit rechtstreeks op CO2-moleculen aan te brengen, worden ze formiaationen, die kunnen interageren met andere moleculen om waardevolle verbindingen zoals methanol en ethanol te genereren. Dit proces staat bekend als directe elektrochemische conversie. Deze aanpak elimineert alle broeikasgasemissies die verband houden met het gebruik ervan door hernieuwbare energiebronnen zoals wind- en zonne-energie te gebruiken in plaats van conventionele fossiele brandstoffen, waardoor het een aantrekkelijke keuze is, gezien de huidige zorgen over de wereldwijde klimaatverandering. En deze methode is goedkoper dan andere methoden die nu beschikbaar zijn vanwege de bijna 100%-gebruikspercentages en de lage behoefte aan katalysatormaterialen. Er moeten echter nog enkele problemen worden opgelost voordat de optie als commercieel levensvatbaar kan worden beschouwd vanwege de lage reactiesnelheden in vergelijking met fotokatalytische technieken en beperkte schaalbaarheidsproblemen in verband met de vereisten voor reactorgrootte om grootschalige productieniveaus te bereiken, zoals vereist door de huidige industriestandaarden.
Fotokatalytische reductie: Met behulp van lichtenergie en katalysatoren zoals nanokristallen van titaniumoxide gedoteerd met verschillende overgangsmetaaloxiden, zoals zilver, kobalt, zinkoxide, enz., zet fotokatalytische reductie CO2-moleculen om in formiaationen, indien toegepast op een kathodische potentiaal, of hydroxylradicalen, indien toegepast op een anodische potentiaal. Beide producten hebben een breed scala aan toepassingen in verschillende industrieën, variërend van oplosmiddel tot en aangezien deze methode alleen een lichtbron nodig heeft in plaats van traditionele thermische verwarming, is het een aantrekkelijke optie voor het uitvoeren van fotochemische syntheses in omgevingen waar dit niet geschikt zou zijn anders, zoals productie van kleine series of laboratoria waar respectievelijk ruimte en middelen beperkt zijn. Deze methode biedt ook ongeëvenaarde flexibiliteit.
Het engineeren van bepaalde bacteriestammen om opgeloste gassen uit de omgeving, zoals lucht, direct te absorberen en om te zetten in waardevolle metabolieten, zoals vetzuren, staat bekend als "microbiële conversie". Zonder extra externe substraten presteert deze methode qua kosten beter dan de andere die hier worden vermeld, omdat er geen extra reactanten hoeven te worden gekocht; in plaats daarvan kunnen gespecialiseerde culturen goedkoop op iemands eigendom worden gekweekt en effectief binnen de context worden gebruikt. En dankzij verbeteringen in technologieën voor genetische manipulatie kunnen zelfs complexe meerstapsreacties nu snel en nauwkeurig doelverbindingen op de gewenste niveaus produceren, waardoor ervoor wordt gezorgd dat kwaliteitscontrolewerkzaamheden in de nabije toekomst zonder onderbreking worden uitgevoerd voor volgende projecten. Onderzoekers gebruiken steeds vaker technologieën voor genetische manipulatie om nieuwe medicijnen en behandelingen te creëren. Om de concurrentie voor te blijven en een concurrentievoordeel te behouden bij doorbraken op het gebied van wetenschappelijke ontwikkeling, heeft de snelgroeiende wereldwijde markt van de gezondheidszorgsector een steeds grotere hoeveelheid onderzoek nodig.
Thermokatalytische conversie: Thermokatalyse is de toepassing van warmte op een mengsel dat zowel waterstof als koolmonoxide bevat om vloeibare koolwaterstoffen te produceren die vergelijkbaar zijn met aardoliefracties, maar veel zuiverder van kwaliteit zijn dan standaard ruwe olie die tegenwoordig wordt verkregen op locaties waar fossiele brandstoffen worden gewonnen. Het mogelijk maken om toegang te krijgen tot waardevolle eindproducten die de raffinaderijsector elders moeilijk zou kunnen verkrijgen. En polymeersynthese wordt mogelijk gemaakt door thermochemie: polyolen, kunststoffen, rubber, schuim, kleefstoffen, kitten, lijm en coatings. Textiel, vezels en composietmaterialen hebben verschillende toepassingen in verschillende industrieën, waaronder cosmetica, verpakkingen, voedselverwerking, autotechniek, bouwconstructies, landbouw en ruimtevaart. Daarom winnen ze snel aan populariteit en zijn ze de leider in de technologie-industrie op wereldschaal. Mitochondriaal-gemedieerde enzymatische conversies omvatten het extraheren van enzymen uit levende cellen, met name mitochondriën, en het overbrengen ervan naar een ander medium waar ze reactieve tussenproducten transformeren, waardoor uiteindelijk een eindproduct wordt gevormd met een vooraf bepaalde route die het resultaat is van de generatie van waardevolle intermediaire metabolieten, meerdere commensale verbindingen. Melkzuur, acetoïne, glycerol en alcohol Azijnzuur, barnsteenzuur, piperonylzuur, appelzuur, wijnsteenzuur, fumaarzuurglutaaraldehyde, 2-hydroxybenzoaat, fenoxyazijnzuur en 2-methylfenoxyethanol zijn slechts enkele verbindingen die met een nog betere nauwkeurigheid en zuiverheid kunnen worden geëxtraheerd tegen verlaagde prijzen als een toegevoegde stof. waarde.
Echter, in tegenstelling tot de directe elektrochemische methode, mitochondriale conversies hebben een langzamere kinetiek, wat betekent dat het langer duurt voordat de cyclus is voltooid voordat het eindpunt wordt bereikt. Dit kan de werkelijke doorvoercapaciteit verminderen. In bepaalde omstandigheden zijn snellere responstijden noodzakelijk. Zorg ervoor dat het eindproduct wordt geleverd op de verwachte datum en volgens het schema dat aan de klanten en klanten is beloofd. Voordat u aan het project begint, is dit een cruciale factor om teleurstellingen te voorkomen die vertragingen kunnen veroorzaken die de organisatie geld kunnen kosten of op lange termijn schade kunnen berokkenen aan haar reputatie, naamsbekendheid en marktaandeel.
Organische synthetische chemie: De creatie van organometallische reagentia bestaande uit overgangsmetalen, liganden en ondersteunende structuren om gunstige stereoselectiviteit te produceren, staat bekend als synthetische organische chemie of "organometallics". Vergeleken met andere cursusonderwerpparameters, moet elke casusbasis worden overwogen om de beste optimale omstandigheden adequaat te identificeren die in de context werken, waardoor maximale efficiëntie wordt gegarandeerd. Chemo-regioselectiviteit tijdens transformaties maakt het mogelijk om in korte tijd gemakkelijk selectieve functionele groepsformaties op specifieke posities van moleculen tot stand te brengen. Het minimaliseren van verspilling van arbeid, materialen en middelen terwijl de uitrusting van veiligheidspersoneel hoge prioriteit krijgt. Denk eraan, in elke fase van de projectuitvoeringsfase, inclusief de levering aan klanten op de meest succesvolle manier mogelijk, ondanks obstakels en onvoorziene omstandigheden.
Voorbeelden van chemische synthese uit kooldioxide (CO2)
- Methanolsynthese: de Monsanto-methode, die de interactie van koolstofdioxide met waterstofgas in aanwezigheid van een koper-zinkkatalysator omvat, kan methanol uit koolstofdioxide maken. De productie van methanol uit koolstofdioxide kan worden bereikt door het te mengen met waterstof over een geschikte katalysator bij hoge temperaturen en drukken (bijvoorbeeld 400-430 ° C en 10-20 bar). De term "methanisering" is ook van toepassing op dit proces.
- Productie van mierenzuur: Met behulp van een elektrochemische cel en een palladium-koperkatalysator kan mierenzuur worden geproduceerd uit koolstofdioxide en waterstof.
- Omzetting in oxalaatzouten: door chemische processen waarbij boor- en aluminiumverbindingen zoals borax of aluminiumoxidehydraat en andere zuren, waaronder zoutzuur of zwavelzuur, betrokken zijn, kan kooldioxide ook worden omgezet in oxalaatzouten.
- Polycarbonaten worden gemaakt door fosgeen te combineren met dihydrische alcoholen zoals ethyleenglycol in aanwezigheid van katalysatoren zoals tintetrachloride of zinkchloride. Dit veroorzaakt polymerisatiereacties die resulteren in polymeren die voornamelijk zijn gemaakt van koolstofdioxidemoleculen verbonden door zuurstofatomen (dwz polycarbonaten).
- Koolzuursynthese: in een katalysator zoals zwavelzuur of fosforzuur combineren koolstofdioxide en water zich tot koolzuur. Het resultaat kan verbindingen maken zoals ureum en formaten.
- Synthese van dimethylether: Dimethylether (DME) is een andere belangrijke verbinding die kan worden geproduceerd uit kooldioxide door katalysatoren te gebruiken voor de synthese van methanol en een reformeringsmiddel, zoals een mengsel van CO2/H2O of CO/H2, bij temperaturen tussen 350 en 400 °C en drukken tot 20 bar voor de omzetting van syngas in DME.
- Productie van polycarbonaat: Vanwege hun sterkte, duurzaamheid, transparantie, hittebestendigheid en elektrisch isolerende eigenschappen worden polycarbonaten vaak gebruikt in industriële toepassingen. Ze worden meestal gemaakt door bisfenol om te veresteren met fosgeen, dat ontstaat wanneer koolstofdioxide reageert met chloorgas of een zoutzuuroplossing bij hoge temperatuur (200–300 ° C).
- Dimethylcarbonaat (DMC) -synthese is een proces dat wordt gebruikt om de chemische verbinding dimethylcarbonaat te produceren. Het omvat het laten reageren van methanol met fosgeen of kooldioxide in aanwezigheid van een basische katalysator zoals kaliumhydroxide of natriumhydroxide. De reactie produceert dimethylcarbonaat en waterstofchloride, dat vervolgens via destillatie uit het mengsel wordt verwijderd. Dimethylcarbonaat kan worden gebruikt als alternatief voor ethyleenglycol in antivriesformuleringen voor auto's en vliegtuigen, evenals voor tal van andere toepassingen, waaronder oplosmiddelen, weekmakers, drijfgassen en brandstoffen.
Hoe DEISO kan helpen bij uw project Chemische synthese van kooldioxide?
- DEISO biedt een breed scala aan professionele Life Cycle Assessment (LCA)-services om de milieu-impact van chemische synthese uit koolstofdioxide te evalueren. Vind ze hier.
- We bieden ook levenscyclusanalyse (LCA)-adviesdiensten tegen een uurtarief.
- DESIO biedt ook chemische processimulatie van chemische synthese uit koolstofdioxide met behulp van Aspen Plus. Lees hier meer.
- We bieden ook Life Cycle Assessment-training voor LCA, de bijbehorende software en gegevens.
- We bieden ook trainingen aan voor Aspen Plus.
Als je dit bericht leuk vond, word dan lid van onze gratis nieuwsbrief voor meer waardevolle inhoud! Schrijf u nu in voor informatieve artikelen, service-updates, downloadbare handleidingen en meer. Klik hier!
Nederlands 
English 
日本語 
العربية 
简体中文 
Deutsch 
Dansk 
Español 
Français 
Italiano 
繁體中文 
Bahasa Melayu 
Polski 
Türkçe 
Svenska 
한국어 
हिन्दी 
Magyar 
Português 
Română 
Български 
Suomi 
Slovenčina 
Latviešu valoda