Новый метод синтеза ценного промышленного химиката, работающий в 70 раз быстрее, чем традиционный производственный процесс, открыли научные специалисты Университета штата Северная Каролина (США). Об этом сообщает интернет-издание Interesting Engineering (IE). Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Семейство промышленных химикатов, называемое «пространственно-затрудненными аминами», является неотъемлемым компонентом тысяч видов различных продуктов, производимых современной индустрией. Именно они придают экранам OLED-телевизоров их цвет и защищают резину от разъедания кислородом. Они также являются ключевым молекулярным строительным блоком для очень многого – от фармацевтических препаратов до удобрений и гербицидов.
Но есть проблема: затрудненные амины, которые вырабатываются из нефти, весьма трудно произвести. «Все существующие методы производства этих аминов сложны и дороги», – отмечает ученый-инженер Милад Аболхасани, доцент Университета штата Северная Каролина. Это побудило его и Малека Ибрагима, специалиста его лаборатории, начать поиск лучшего метода синтеза ценного промышленного химического вещества.
«Мы добились успеха», – говорит Абольхасани. По словам авторов, их метод, который включает в себя второй катализатор и реактор непрерывного действия, работает в 70 раз быстрее, чем наиболее часто используемый в наше время производственный процесс. Итоги этого исследования были опубликованы в журнале Nature Communications.
Новая технология основана на процессе, называемом гидроаминометилированием (HAM). Этот метод синтезирует амины из более дешевых исходных материалов и за меньшее количество стадий, а в качестве побочного продукта производит только воду. Ранее HAM не получил широкого распространения в химической промышленности, потому что этот процесс считался слишком непредсказуемым – например, при малейшем сбое мог выдавать совсем «не те» продукты.
Прежние исследователи выяснили, как сделать HAM эффективней, но внедрение этих улучшений на практике удлиняет производственный процесс на несколько часов. Кроме того, задействованный катализатор – родий – стоит довольно дорого.
Абольхасани и Ибрагим по-новому переосмыслили процесс, используя реактор непрерывного действия. «В большинстве случаев наш процесс HAM занимает менее 30 минут. Единственными продуктами на выходе являются пространственно затрудненные амины и вода. И мы можем перерабатывать первичный катализатор, родий/N-ксантфос, что еще больше снижает затраты», – поясняет Абольхасани.
Дополнительный катализатор и применение реактора непрерывного действия при этом имеют важное значение. Исследователи сделали два основных улучшения процесса. Во-первых, они выяснили, что использование второго катализатора – фторированной бензойной кислоты – повысит эффективность и снизит стоимость материалов. «Разработав кооперативную каталитическую систему, мы продемонстрировали, что скорость реакций HAM в нашей системе многократно повысилась», – говорит Ибрагим.
Они также разработали особый техпроцесс для проточного реактора непрерывного действия. Это отличие от обычного HAM предлагает несколько улучшений. Непрерывная прокачка газообразных и жидких входов через систему позволяет инженерам ускорить некоторые реакции, происходящие в процессе производства, что значительно повышает эффективность.
«Платформы проточной химии могут повысить частоту оборота катализатора, что становится все более важным по мере роста цен на родиевые катализаторы», – отмечает Ибрагим.
«Если химическая промышленность воспримет данную новую технологию, это исследование будет иметь волновой эффект, который затронет потребителей по всему миру. Хотя немногие из них когда-либо узнают об этом», – заключает IE.