ניילון הוא אחד מהפולימרים הסינטטיים הנפוצים ביותר בעולם, נמצא בכל דבר מטקסטיל ורכיבי רכב לאריזות ולמכשירים רפואיים.הייצור שלה מסתמך במידה רבה על קומץ של ביניים כימיים מרכזיים - חומרים כגון חומצה פולית, caprolactam, והואxamethylenediamine, אשר יוצר ממאגרי מזון עמידים על ידי אנרגיה, אשר מייצרים ביעילות רבה יותר של פחמן-תזונה, כמו גם חומרים כימיים, כגון פחמן-ידי ייצור פחמן-מחדשניים, חומרים כימיים, חומרים כימיים, כמו חומרים אלה, חומרים כימיים עמידים, כמו חומרים כימיים, כמו חומרים כימיים, חומרים אלה, כגון פחמן-קליים, חומרים כימיים יותר, כמו פחמן-אנרגיה יעילה יותר, כמו פחמן-מחדשניים, כמו פחמן-לקטוניים, חומרים כימיים, 000, 000, 000, 000, 000 יעיל יותר, כמו פחמן-מחדשניים, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 אנרגיה, 000 יעיל יותר, 000 אנרגיה מתחדשת, 000 אנרגיה מתחדשת, 000 אנרגיה, 000 אנרגיה, 000 אנרגיה, 000 יעיל יותר, 000 אנרגיה מתחדשת, 000 אנרגיה מתחדשת, 000 אנרגיה מתחדשת, 000 אנרגיה מתחדשת, 000 אנרגיה מתחדשת, 000 אנרגיה

יסודות הפסיכואנליזה הטרוגנית

שיתוק heterogeneous כרוך זרז כי הוא בשלב פיזי שונה מן המשיבים.ברוב היישומים התעשייתיים, הזרז הוא מוצק, בעוד מגיבים הם גזים, נוזלים, או שילוב של שניהם.שלב זה אינו מכיל יתרון מעשי קריטי: זרז יכול להיות מופרד בקלות תערובת התגובה על ידי סינון, התיישבות, או אמצעים מכניים אחרים, המאפשרים להיות בשימוש פעמים רבות זה לא רק כדי להפחית את הפחתת עלויות החנקן של אנרגיה קטוגנית, אבל לעתים קרובות.

הפעילות הקטליטית של משטח מוצק תלויה בהרכב הכימי שלה, שטח פני השטח, המבנה הנקבובי, ואת נוכחותם של אתרים פעילים ספציפיים. אתרי Active הם בדרך כלל אטומים או אשכולות של אטומים על פני השטח שיכולים לזרז מולקולות מגיבות, להחליש את האג"ח הכימי שלהם, ולאפשר היווצרות של אג"ח חדש לייצר את המוצר הרצוי. in hetereogenousalysis, את התגובה מתקדמת דרך רצף של צעדים חיצוניים:

מדוע שיתוק heterogeneous Catalysis Matters for Sustainability

היתרונות של שיתוק heterogeneous על תהליכים הומוגניים או סטוכומטיים הם רב פנים. כי זרז נשאר מוצק וניתן לשחזר, זה מבטל את הצורך כמויות גדולות של חומצות soluble, בסיסים, או קומפלקסים מתכת כי לעתים קרובות דורש ניטרליזציה וסילוק. זרזים heterogeneous פועלים בתנאים קלים יותר - טמפרטורות נמוכות יותר ולחץ - מאשר מולקולות מסורתיות, מוביל להקטנת חומרים כימיים, כאשר הם יכולים להשיג חומרים מזינים פעילים.

מגרשי ניילון מרכזיים וכבישי הייצור של האמנה שלהם

כדי להעריך את הפוטנציאל הטרנספורמציי של שיתוק הטרוגניים, יש צורך להבין את שיטות הייצור התעשייתיות הנוכחיות עבור אמצעי ניילון החשובים ביותר. ניילון 6,6 מיוצר מחומצה פולית והואקס מיידאמין, בעוד ניילון 6 עשוי מ caprolactam. כל אחד ממונומרים אלה יש אתגרים ייצור משלה ומטענים סביבתיים.

אדיסטיק

חומצה עדיפטי (1,6-hexanedioic חומצה) הוא אחד חומצות dicarboxylic החשובות ביותר.התוואי התעשייתי הנפוץ ביותר כיום כרוך חמצון של cyclohexane תערובת של cyclohexanol ו cyclohexan (שמן KA), ואחריו חמצון חומצה חנקתית של שמן KA לחומצה שנייה זו, למרות שעדיין יעיל יותר מ- Niptic גזימפגן (Optive) הוא לעתים קרובות יותר מ-Optive חומצה מגנטית חום חנקן יעיל יותר מאשר מלכודת חום מלכודת חום סגסוגת מגנטית של פחמן-Ric חומצה מודרנית של פחמן-OPT2.

Caprolactam

Caprolactam, המבשר ל- ניילון 6, מיוצר בדרך כלל באמצעות הסידור האחורי של Beckmann של Cyohexanone oxime, אשר עצמו נגזר על ידי cyclohexanone.הטווח האחורי של בקמן משתמש חומצה sulfuric זרז, ulf מייצרת כמויות גדולות של ammonium sulfate כמו תוצר לוואי - עד 2-4 ק"ג של ק"ג של ק"ג של חומצה פוליקולורית של שימוש בקלות, או חומצי, יכול להיות טיפול פסיכולוגי, במיוחד, במיוחד, או פסולת טיפול תרופתי, או טיפול תרופתי, במיוחד, יכול להיות טיפול יעיל.

Hexamethylenediamine

Hexamethylenediamine (HMD) מיוצרת תעשייתית על ידי המימן של adiponitrile, אשר בתורו עשוי מ Butadiene ו- מימן cyanide (תהליך DuPont) או מ אלקטרודימריזציה אקרילית.המימיום מימן משתמש מסלול הומוגני או heterogeneous, בדרך כלל ניקל סינתטי או cobult נתמך, תחת לחץ גבוה של מימן, אך עדיין עשוי להיות מחוסן על ידי חמצן ירוק, אך עדיין מבוסס על ידי חומר נפץ.

כבישי קטליטיים heterogeneous Catalytics to ניילון Pre ⁇ s

מחקרים על שני העשורים האחרונים התפוצצו עם מסלולים קטליטיים חדשניים כדי לייצר מונומרים אלה מחומרים בטוחים, מתחדשים או מבזבזניים החלים חומרי התחלה.ההתמקדות הייתה על זרזים מתפתחים שיכולים לפעול בתנאים קלים, להשיג בחירה גבוהה, ולהיות בשימוש מחדש עם טיהור מינימלי.

Biomass-Derived Adipic Acid

אחת הדרכים המבטיחות ביותר היא המרה של תרכובות biomass-derived לתוך חומצה פולית. Lignocellulosic biomass יכול להיות שבור לתוך סוכרים פשוטים כגון גלוקוז, אשר יכול אז להיות מומר באופן קטליטי כדי חומצה פולית ולאחר מכן מימן כדי חומצה פולית (Alzeol) חומצה פולית אחרים.

לדוגמה, חוקרים מאוניברסיטת קליפורניה, ברקלי, הפגינו תהליך של שני שלבים מגלוג: ראשית, תסיסה או קטליזה לחומצה muconic, ולאחר מכן מימן על פני זרז heterogeneous מבוסס על שיתוק של שתי צורות לייצר חומצה פולית עם כמעט תשואה כמותית.FLT:0FLT:1FLT:2ph3FLT נוסף משתמש 5-R5 נוסף 5-methylfuricicicicicicic עם כמעט כמו גם סגסוגת פתוחה .

סולידריות-Acid Catalyzed Beckmann Rearrangement for Caprolactam

(הצבת חומצה sulfuric נוזלית בשכבה המחודשת של Beckmann עם זרז חומצי מוצק כבר מטרה ארוכת שנים. Zeolites, במיוחד silicalite-1 ו ZSM-5, הראו פעילות עבור מחזור אחורי של תחבורה מחזורית-אוקסמה גדולה יותר כדי קפטריום חומצי חזק יותר בתנאי חיסון נגד חומצי (Ficid) לאחר מכן, זרזים אלה, עקב היווצרות משותפת ודורשים קלים יותר של נוזל מתכתי (OST) עם זאת, אשר ניתן לבדוק את כמות מוגבלת של נוזל של נוזל מתכתי) עם זאת, אשר ניתן לאחרונה, אשר ניתן לפירוק של נוזל מתכתי (OSTFic).

Hexamethylenediamine באמצעות שיתוק heterogeneous

(ההההה) ממקורות מתחדשים בדרך כלל כרוכה בהפחתה של דיולים המבוססים על ביולוגית או בשיחה של הינדדס (למשל 1,6-hexanediol שמקורו בחומצה פולית (הוא מבוסס על ביו) ניתן להכרת באמצעות חומרת מילימטר (Fidouication) או ניקל-tarnpentgicator.

קטליטית של שמן פסולת ושומן

שמנים פסולת בישול ושומנים בעלי חיים מכילים טריגליצרידים שניתן לפצח ולתפקוד נוסף כדי לייצר לבדים קצרים ו diamines. heterogeneous זרז כגון zeolites בסיסי ו תחמוצת מתכת מעורבת (למשל, MgO, CaO) שימש כדי לבלוט ולה hydrodeoxygenate אלה אל תוך alitic ביניים, אשר יכול להיות מיישר לתוך זרם מתכתי זה, כאשר הם אלה.

Advanced Catalyst Materials and Design אסטרטגיות

דחיפה לקראת ייצור של מפיץ ניילון בר קיימא הובילה לחדשנות משמעותית בעיצוב זרז.ההתמקדות היא על חומרים המשלבים פעילות גבוהה,סלקטיביות, יציבות ויכולת לעבוד עם הזנות מתחדשות המכילות לעתים קרובות מים, קבוצות פונקציונליות חמצן, וזיהומים אחרים.

Zeolites and Meso ⁇ Silicas

Zeolites נשאר סוסי עבודה בקטאליזה תעשייתית בשל המבנה המיקרו-תפקודי שלהם, חומציות ויציבות תרמית.עבור סינתזה מבשרי ניילון, זאוליטים עם מטענים גדולים (למשל, Beta, Y) או רשתות היררכיות היררכיות היררכיות (השילוב מיקרו-דלקתיבית ומינופי) הם אטרקטיביים במיוחד משום שהם מאפשרים למולקולות גדולות יותר של תאים אחוריים כדי ליצור מרכזי-לקט אחד, כגון, לדוגמה, כגון דלקת מפרקים, כגון, כגון דלקתיים, או דלקת-דלקתיים, כגון, דלקתיים, כגון דלקתיים, כגון דלקתיים, דלקתיים, דלקתיים, דלקתיים, כגון:

Metal-Organic Frameworks (MOFs)

(MoFs) הם חומרים גבישיים בנוי מעמודי מתכת המחוברים על ידי קישורים אורגניים; אזורי פני השטח הגבוהים שלהם וכימיה אדפירית מחונכת להפוך אותם פלטפורמות אידיאליות לתכנון אתרים פעילים קטליטיים.עבור biomass המרות, MOFs עם לואיס חומצות חומצה חלקיקים (למשל, Zr, Hf, Fe) הראו הבטחה היווצרות C-C-C ו-Oomerization אשר משווים תגובות מפתח אשר הופכות ל-Opics (אופטיות) על ידי קבוצות בקרה חד-FDIFDIFDIFDIFD) בנוסף ל-OLTs.

ספורטאי יחיד

זרז חד-אטומי (SACs) הופיעו כגבול בקטאליזה הטרוגנית, המציע יעילות אטום מקסימלית ונכסים אלקטרוניים ייחודיים. בהקשר של ייצור מבשרי ניילון, SACs של מתכות קבוצתיות על פחמן דו-פעמי חנקן הוכיחו פעילות מעולה וסלקטיביות עבור מימן של חומצה muconic לחומצה פולית בתנאים קלים.

Covalent Organic Frameworks (COFs)

COFs הם מחלקה חדשה יותר של פולימרים גבישיים בנוי מאלמנטים קלים (C, H, O, N) הגמישות הסינתטית שלהם מאפשר שילוב מדויק של קבוצות פונקציונליות קטליטיות.לדוגמה, COFs המכילה אי-אין או β-ketoenamine קישורים שימש גם כדי לתמוך חלקיקים של ננופילמנטים עבור פעולות מימן בייצור של מונומונים דימדומים.

תהליך העצמת ושיקולים הנדסיים

מעבר מגילוי בקנה מידה ספסל ליישום תעשייתי דורש תשומת לב זהירה לשילוב של ריאקוגנית תהליכים קטליטיים heterogeneous עבור מבשרי ניילון יש לתכנן לפעול ברציפות, עם חום יעיל ועברה המונית, ועם טיהור זרז מינימלי.

זרם רציף Versus Batch Reactors

כור זרימה רצופים בדרך כלל לייצור בקנה מידה גדול כי הם מציעים בקרת טמפרטורה טובה יותר, גבוה יותר דרךput, וקל יותר זרז טיפול.עבור תגובות מעורבים זרזים מוצקים להאכיל נוזלי, כורים מצעים או כורים ארוזים נפוצים. עם זאת, כאשר biomass-derive זין משמשים, הם לעתים קרובות מכילים תרכובות גבוהות כי יכול לפגוע זרז החוקרים הם לחקור אותי קרום, כמו גם נוזל חיסורת שתן, כמו גם צורך לשטוף, כמו גם נוזל כורים.

Catalyst Deactivation and Regeneration

טיהור על ידי היווצרות coke, חטא של חלקיקים מתכת, או נטיעת מינים פעילים הוא אתגר גדול בשימוש של זרז heterogeneous עבור המרה ביומסה. עבור זאוליטים ו MOFs, coke יכול לחסום מחזורים, להפחית באופן דרסטי את הפעילות.אסטרטגיות כדי להפחית את הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת השימוש בדלקת מתכת חזקה.

פתרון ואפקטים של Feedstock

רבים biomass-derived Feedstocks הם מים soluble או מעובדים בתקשורת אקולוגית.מים יכולים להרעיל זרזים מסוימים (למשל, חומצות לואיס) או להאיץ את הניתוק. לכן, עיצוב זרז חייב לקחת בחשבון עבור יציבות הידרותרמית. Zeolites עם יחס גבוה Si / אל-אל, למשל, עמידים יותר למים חמים.

מחקרים: יישום מוצלח במעבדה ומודולים של טייס

כמה דוגמאות האחרונות ממחישות את ההתקדמות ביישום שיתוק heterogeneous כדי ניילון סינתזה.מחקרים אלה מדגישים הן את ההישגים ואת הנותרים.

הדבקה של Muconic Acid to Adipic Acid

כפי שצוין קודם לכן, מימן של חומצה muconic על פני זרז Pd נתמך הוא אחד המסלולים הבוגר ביותר. חוקרים באוניברסיטת מינסוטה פיתחה זרז Pt / C שהשיג 99% תשואה של חומצה פולית מתחת 10 bar2 ב 60 מעלות צלזיוס. זרז יכול להיות בשימוש על פני חמישה מחזורים ללא אובדן משמעותי של פעילות.התהליך כבר בקנה מידה גדול של פיילוט ייצור בקנה מידה גדול של קימול, אשר מציג כיום את הפחתת הגמישות שלה.

סינתזת ישירות של Caprolactam מ Cyclohexa ⁇ Oxime Using Zeolites

Sumitomo Chemicalized תהליך של התחדשות Vapor-phase Beckmann באמצעות zeolite zeolite גבוהה-silica (Silicalite-1) בסוף שנות ה-90.התהליך פועל ב 350-400 מעלות C עם כור קבוע והשגת סלקטיביות גבוהה כדי caprolactam (עד 95%).הזרז הוא regenerated מעת לעת על ידי שריפת תהליך זה יש בעיקרוריד של טמפרטורות חומציות מופעלות גבוהה יותר, אך ורק על ידי לחץ דם פעיל יותר, אך ורק על ידי סגסוגת חומציות מופעלת שתן, אך ורק על ידי סגסוגת חומציות גבוהה יותר, אך ורק על ידי ⁇ טמפרטורה גבוהה יותר, אך ורק על ידי ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ טמפרטורה יעילה יותר, אך ורק על ידי ירידה גבוהה יותר, אך ורק על ידי ירידה של סגסוגת חומציות גבוהה על ידי ⁇ ⁇ סגסוגת בלחץ גבוה יותר, אך ורק על ידי סגסוגת בלחץ גבוה יותר, אך ורק על ידי ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ טמפרטורה יעילה יותר, 000 ⁇ טמפרטורה יעילה יותר, אך עדיין בלחץ גבוה יותר, 000.

Biobased Adipic Acid באמצעות Muconate: A Multi-Institutional Effort

קונסורציום של אוניברסיטאות ושותפים בתעשייה (כולל רנוביה, עכשיו חלק מג'ונסון Mat They) פיתחה מסלול משולב של צ'מו-קטליטי ו biocatalytic מ גלוקוז לחומצה פולית.השלב הראשון משתמש מונדס (FLT:0E. coliph:1 כדי לייצר חומצה פולית מסוכרת גבוהה.

ניתוח השפעה כלכלית וסביבתית

אימוץ של שיתוק heterogeneous עבור מברקים חייב להיות מוצדק לא רק על בסיס טכני, אלא גם על מדדים כלכליים וסביבתיים. הערכה מחזור חיים (LCA) נערכו עבור מספר מסלולים חדשים.

ניכוי ב Greenhouse Gas Emissions

מסלול חומציות Adipic מבוסס ביולוגית באמצעות מימן חומצה muconic יכול להפחית את פליטות GHG עד 80% בהשוואה לתוואי חמצון חומצה חנקן החנקן הקונבנציונלי, בעיקר כי זה נמנע היווצרות N2O. חיסול של פסולת ammonium sulfate ב- מוצק-acid Beckmann backrangement מפחית את הנטל הסביבתי הקשורה על ידי מוצרים ולהפחית את האנרגיה הדרושה לייצור ניטראליזציה.

אחריות על

כיום, חומצה פולית ו caprolactam עלות יותר לייצר מאשר עמיתיהם הזעירים בשל העלות הגבוהה של הזנות הביומסה ואת יעילות ההמרה הנמוכה בקנה מידה. עם זאת, כמו מחירי הנפט להשתנות ומסי פחמן מיושמים, הפער הוא צמצום שיפורים בזריזות גבוהה יותר וגילוי של זרז פעיל יותר יכול לעבוד תחת תנאים קלים יכול לעתים קרובות להפעיל את צריכת שמן או ירידה.

מים ואנרגיה

תהליכים קטליטיים heterogeneous בדרך כלל משתמשים פחות מים מאשר תהליכים הומוגניים כי הזרז הוא בקלות התאושש ואת זרם הפסולת האקומית הוא קטן יותר. צריכת אנרגיה היא לעתים קרובות נמוך יותר עקב תנאי תגובה קלים יותר.לדוגמה, ה- vapor-phase Beckmann פועל על 350-400 מעלות צלזיוס, אשר עדיין גבוה אך עדיין להימנע מצורך מרוכז עבור טיפול חומציות וחדשנות עתידית עשוי להפחית את הטמפרטורות מתחת ל-200 מעלות.

אתגרים ו-Outlook עתידיים

למרות התקדמות יוצאת דופן, יש להתגבר על כמה מכשולים לפני קטליטיות הטרוגניות הופכת לטכנולוגיה הדומיננטית לייצור מפרשי ניילון.

  • (FLT:0 Catalyst Stability:FLT:1) חומרים מתקדמים רבים (MOFs, SACs) סובלים מיציבות מוגבלת בתנאים תגובה, במיוחד במים חמים או בנוכחות ביניים חומצי.
  • (FLT:0) סלקטיביות ב- Feedstocks מורכבים: ibph:1 ; biomass-derived Feedstocks מכילים קבוצות פונקציונליות רבות שיכולות להוביל לתגובות צדדיות גבוהות למונומר אחד הוא מאתגר.
  • (FLT:0)Scale-Upcio: FLT:1 תרגם תוצאות מכווני אצווה בקנה מידה קטן למפעלי טייס מתמשכים לעתים קרובות מגלה בעיות חדשות, כגון ניהול חום או ירידה בלחץ.
  • (FLT:0) השתנות הטיפול: FLT:1, ההרכב של ביומסה משתנה על ידי מקור ועונה, הדורש מערכות זרז גמישות שיכולות להתמודד עם וריאציות ללא הפסד ביצועים.

במבט קדימה, התחום נע לקראת שילוב של טכניקות אפיון מתקדמות (Prando spectroscopy, דוגמנות חישוביות) כדי להשיג תובנות מכניות המדריכות עיצוב זרז רציונלי. Machine Learning משמש יותר ויותר להאיץ את ההקרנה של זרזים ומצבי תגובה. בצד התהליך, מודלים בקנה מידה רב-מידה כורים יסייעו תהליכי עיצוב משולבים המשלבים עם chemo-cat, או כי מספר רב-אנליטיקה בקט (קטקטקטקטקט).

כיוון מרגש נוסף הוא השימוש בקטאליזה אלקטרו-כימית המונעת על ידי חשמל מתחדשים.לדוגמה, האלקטרו-חמצן של ה-FLT:0ncioFLT:1-hexane או Cyohexane לחומצה פולית באמצעות אלקטרו-קטאליסט מוצק יכול לעקוף את הצורך בהפעלה תרמית לחלוטין.

מסקנה

שיתוק heterogeneous הוא מרכזי המעבר לקראת ייצור בר קיימא של מבשרי ניילון. על ידי מתן השימוש של הזנות מתחדשות, צמצום פסולת לוואי, והורדת צריכת אנרגיה, זרז מוצק מציעים מסלול היישר עם מטרות סביבתיות גלובליות.העשור האחרון ראה התקדמות יוצאת דופן בחומרים זרזיים בתעשייה - החל zeolites היררכימית ומופיקס ועד אטומים חד-חמצני - בעוד שהופך את האתגרים הכימיים אלה כדי לפתח אקלים נמוך יותר ויותר, בעוד הוא עשוי להיות קרוב יותר ויותר, בעוד הוא עשוי להיות יעיל יותר ויותר, בעוד הוא מוסיף אתגרים טכנולוגיים הנדסת חומרים כימיים, אשר עשוי להיות יעיל יותר ויותר, בעוד הוא עשוי להיות קרוב יותר ויותר, אשר עשוי להיות יעיל יותר ויותר, אשר יביא לחדשנות תעשייתיים, אשר עשוי להיות יעיל יותר ויותר, אשר יביא לחדשנות תעשייתית, אשר יביא אקלים, בעודוגניים, אשר יביא אקלים תעשייתית, אשר יביא אקלים, אשר יביא אקלים תעשייתית, אשר עשוי להיות קרוב יותר ויותר, אשר עשוי להיות קרוב יותר ויותר, אשר עשוי להיות קרוב יותר ויותר, אשר עשוי להיות קרוב יותר ויותר, אשר עשוי להיות קרוב יותר ויותר, אשר עשוי להיות קרוב יותר ויותר, אשר עשוי להיות קרוב יותר ויותר, אשר עשוי להיות יעיל יותר ויותר, בעוד הוא עשוי להיות יעיל