פלסטיק הם תוספים חיוניים המשמשים פולימרים - במיוחד פוליויניל chloride (PVC) - כדי להקנות גמישות, עמידות, ותעסוקה.הם מהווים חלק משמעותי של שוק תוספי הפלסטיק הגלובליים, עם צריכת מעל שמונה מיליון טון מדי שנה, הרוב המכריע של מוצרי פלסטיק כבר phaclates, נגזר מזין מבוסס נפט באמצעות אנרגיה מקושרת תהליכים מסוכנים המייצרים מחדש של חומרים כימיים, אך לא פחות בטוח יותר ויותר, כדי להגביל את צריכת פלסטיק, הוא בטוח יותר ויותר, 000.

תפקיד הפסיכואנליזה בכימיה ירוקה

Catalysts הם חומרים מאיצים תגובות כימיות ללא צרכו, ומאפשרים תגובות להמשיך תחת טמפרטורות קלות יותר ולחצים ועם בחירה גבוהה יותר כלפי המוצר הרצוי. בהקשר של ייצור הפלסטיצר, קטליזה תומכת ישירות במספר עקרונות של כימיה ירוקה: כלכלה אטום, ירידה בעוצמת האנרגיה, שימוש ב- HIV אנרגיה מתחדשת, ואת העיצוב של כימיקלים בטוחים יותר ופתרונות.

סוגים של נתיבי קטליטיים עבור פלסטיקizer Synthesis

מסלולים מודרניים לתעשיית הפלסטיק משתרעים על פני ספקטרום רחב, מגרסאות משופרות של esterification מסורתי ועד לטרנספורמציות ביו-קטליטיות ואלקטרו-קטליטיות חדשות לחלוטין.כל גישה מציעה יתרונות נפרדים בהתאם למבנה הפלסטיצר היעד, זמינות הזנות להזנת מוצרי מזון ותכונות הרצויות.

המונחים: heterogeneous Solid Acids

התגובה הכימית הנפוצה ביותר ב-Fristizer synthesis היא esterification - ההדבקה של חומצה carboxylic עם אלכוהול כדי ליצור ester.עבור phthalate פלסטינים, phthalic anhydride מופעלת על ידי אלכוהולsulf-toxanol.

Transesterification for Bio-based plasticizers

(Transphification) – חילופי קבוצות אלקוקס בין ester ואלכוהול - ניתן להמרת רמות תלתגליצרידים מבוססות ביולוגית (משמן צמחי) או אובדן מת מת מת מת מת מת מת מת מת מת מת מת מת מת מת מת מת מת מת מת מת מת מת מת מת מת מת מת מת מת מת מת מת מת מת מת מת מתחדשים לתוך הפלסטיקים (למשל, גליקוזיד זרזים) הם דלקתיים סטרומטרים זעירים (אוסטרים) באופן נרחבים).

תהליכים ביו-קטליטיים: Enzymes and Whole Cells

מעבר ל-Sams, מגוון של אנזימים ו- biocatalyst תאים שלמים נחקרים עבור סינתזה פלסטית, עם זאת, סינתזה, acyltransferases, ואפילו cytochrome P450s יכול לזרז את הפונקציונליות הישירה של מערכות biocatedicicicicicicic (למשל, אנזימים) או אנזימים לשימוש ב-iOSCrecerecerecerecerecerecerecereto-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-tocerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecereto-to-to-to-to-to-to-to-to-to-top.

Metal-Catalyzed Selective Transformations

טרנזיציה מתכת זרז, במיוחד אלה המבוססים על טיטניום, zirconium, ו tin, מציעים פעילות גבוהה וסלקטיביות עבור מבנים פלסטיייזר ספציפיים.לדוגמה, titanium(IV) isopropoxide משמש תעשייתי עבור הסינתזה של נוגדנים פלסטיים דלקתיים דלקתיים מתמשך (למשל, פולי(trilene glycol) adipates) באמצעות condenationsomations) הם חומרים רעילים כגון cyclatraicicicicialtraicialicials (דלקת אופניים) אשר פועל על ידי דלקת פרקים (דלקת מתכתית (דלקתיים).

טכנולוגיות מתפתחות: Photocatalysis ו- Electrocatalysis

בעוד שעדיין בשלב המעבדה, photocatalysis ו- אלקטרו-קטאליזה מייצגים את הגבול הבא לייצור פלסטיק בר קיימא.מערכות Photocatalytic להשתמש אור (לעתים קרובות UV או גלוי) כדי להפעיל זרז (למשל, טיטניום דו חמצני, ניטריד פחמן גרפיטי) ולהוביל esterification או Transevification בטמפרטורת החדר.

מוצרי פלסטיק בר קיימא

קיימות של תהליך קטליטי תלוי במידה רבה בחומרי הגלם כמו על הזרז עצמו. מחדש, הזנות המבוססות על הביו-בי-סי הן מרכזיות לדור הבא של הפלסטיקרים.

  • (FLT:0)Glycerolph:1 - תוצר לוואי של ייצור ביודיוזל, אשר ניתן לסטרד או מוסמך כדי ליצור מונו-, די-די-סטרים עם ביצועים מפלסטיק טובים.
  • (FLT:0) חומצה לקטית וחומצה סוצ'ינית חומצה succinic acidFalLT:1) - המיוצר באמצעות תסיסה של סוכרים; הesters שלהם (למשל, ethyl lactate, dibutyl succinate) לפעול כמו מפלסטיקים biodegradable.
  • (FLT:0) שמנים צמחיים (ESBO, ELO) כבר בשימוש כמו הפלסטיים משניים; epoxidized שמנים (ESBO, ELO) משמשים כבר כפלסטיק משני; epoxidation קטליטי עם מימן peroxide וזרזי חומצה מוצק הוא תהליך ירוק מבוסס היטב.
  • (FLT:0) חומצה מסובכת (FLT:1) - מסיסה; אצטיל טריאבלל ציטראט (ATBC) ו acetyl triethyl citrate (ATEC) הם בולטים לא פילתלטים מפלסטיק שאושרו ליצירת קשר עם מזון.
  • (FLT:0Waste FlowsFLT:1) - phenols ממאירים, שמן בישול פסולת ואפילו פחמן דו חמצני יכול להיות מומר באופן קטליטי לתוך מברקים פלסטיים.

שימוש במזונות אלה לעתים קרובות דורש להתאים זרזים לסבול זיהומים (למשל, מים, חומצות שומן חינם) זרזים heterogeneous עם אתרי חומצה חזקים או אנזימים עם ספציפי substrate רחב הם בעלי ערך במיוחד במקרים כאלה.השינוי ממאובנים פחמן מבוסס ביולוגית גם אומר כי ייצור פלסטיק יכול לתרום לכלכלה מעגלית, במיוחד כאשר בשילוב עם מחזור קטליטי של סוף חיים מפלסטיק.

יתרונות מרכזיים ואתגרים של תהליכים קטליטיים

אימוץ נתיבי קטליטיות מניב יתרונות סביבתיים וכלכליים עצומים על פני שיטות קונבנציונליות.

  • (FLT:0) אספקת צריכת אנרגיה מתחדשת 1 - תנאי תגובה מילדר (טמפרטורה נמוכה יותר ולחץ) לחתוך עומסי חימום וקירור.לדוגמה, esterification אנזים רץ ב 30-50 מעלות צלזיוס, בהשוואה ל-150-200 מעלות צלזיוס לתהליכים שאינם מעורבים או הומוגניים של חומצה.
  • (FLT:0) ייצור פסולת של פסולת Lower FLT:1 - זרז heterogeneous לחסל את השלבים נייטרליים להפחית את תוצרי לוואי מלח.
  • (ב) [15] ,[[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]
  • (FLT:0) תנאי עבודה יסודיים 1:1 - הימנעות חומצות חזקות, בסיסים, ופתרון אורגני משפר את בטיחות המפעיל ומפחית את הצורך בציוד טיפול מיוחד.
  • (FLT:0) ,Ecונומיה הטבות FLT:1 - עלויות אנרגיה נמוכות יותר, פחות הוצאות טיפול פסולת, ואת היכולת להשתמש זול יותר, הזנות מתחדשות יכול להפחית את העלות הגבוהה ביותר של כמה זרזים מתקדמים.

עם זאת, אתגרים נשארים. Catalyst deactivation בשל עבירות, ניכוי, או הרעלה הוא דאגה, במיוחד עם מערכות heterogeneous. Enzyme יציבות יכול להיות מוגבל בטמפרטורות גבוהות או בנוכחות של פותרים אורגניים. Recovery ו reuse חייב להיות מונדס לתוך עיצוב הכור.בנוסף, רבים הזנתים מבוסס ביולוגית להתחרות עם מזון או יש מוגבלות בקנה מידה הנדרש עבור מאגרי פלסטיק (במיוחד על פני כדור הארץ) חומרים כימיים חדשים.

לימודי מקרים תעשייתיים ויישומים מסחריים

כמה חברות כימיות גדולות כבר משווקות תהליכים קטליטיים עבור מוצרי פלסטיק בת קיימא, מה שמוכיח כי הטכנולוגיה נעה מעבר למעבדה.

  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0) Eastman ChemicalsigFLT:1 - Eastman מייצרת מגוון של פלסטיקים המבוססים על ביולוגית, כולל EastmanTM VersaBondTM, באמצעות זרזי esterification הפועלים ביעילות גבוהה עם הזנות מתחדשות.הטכנולוגיה שלהם משלבת זרזים מוצקים עבור esterification ישיר ללא regentscorrosivea.
  • (ב) ,0) Perstorp מציעה משפחה של "ירוק" מפלסטיקנים מתחת ל-FLT:2PevalenTMFLT 3:3, המיוצר מ 2-ethylhexanoic חומצה נגזר מ- n-butanol מתחדש (באמצעות ביו-Proffenol) תהליך שלהם משתמש זרז מבוסס מחדש עבור סימולציה נמוכה, והשגת עקבות סביבתיים גבוהים.
  • (FLT:0)ArkemaphearFLT:1 - החברה של החברה LT:2Plasticist TMFLT 3 טווח כולל חלופות לא-phthalate מסונתז באמצעות נזימטית של נגזרות שמן נזיסר.התהליך הביו-קטליטי מבטל את הצורך בזרזי מתכת ופועל בטמפרטורה מסובבת, צמצום השימוש באנרגיה עד 40% לדרכים קונבנציונליות.

דוגמאות תעשייתיות אלה ממחישות כי קיימות קטליטית אינה רק שאיפה מחקרית – היא כבר מספקת ערך מסחרי, תוך עמידה בדרישות רגולטוריות מחמירות יותר כגון REACH (EU) ותוכנית מוצרי הצריכה הבטוחה יותר של קליפורניה.

כיוונים עתידיים של Outlook ומחקר

תחום ייצור הפלסטיציפר הקטליטי ממשיך להתפתח, מונע על ידי התקדמות במדעי החומרים, כימיה חישובית, ומעבד הנדסה. כמה כיוונים מתעוררים יש הבטחה מסוימת.

Catalysts

חלקיקים, מסגרות מתכת-אורגניות (MOFs), ומסגרות אורגניות קוהור (COFs) מציעים אזורי משטח גבוהים מאוד ואת אתרי פעילות טונה. עבור סינתזה פלסטיייזר, MOFs עם אתרי חומצה לואיס הראו פעילות יוצאת דופן עבור אסטרציה של חומצות שומן גדולות בטמפרטורת החדר.

עיצוב Catalyst

תורת פונקציונליות דנזלת (DFT) ולמידה מכונה משמשים למסך אלפי מועמדים פוטנציאליים לפני כל סינתזה של מעבדה רטובה.זה מאיץ את גילוי זרזים פעילים, סלקטיבית ויציבים בתנאים תגובה. לדוגמה, מחקר 2023 השתמש במודלים של ML כדי לחזות את היחס האופטימלי של אתרי Brnsted ו- Lewis על זרזים מעורבים עבור phtha ניסיוני, צמצום על ידי 80% מאמץ.

תהליך Intensification

שילוב של שיתוק עם עיצובים חדשים של כור - כגון מיקרו-מברקטורים זרימה רציפה, כורים קרום, וזיקוק תגובתי - יכול לשפר עוד יותר את יעילות האנרגיה ולהקטין את הפסולת. כורים קטליטיים משלבים תגובה והפרדה ביחידה אחת, ומאפשרים הסרת מים רציפה במהלך esterification והחלפת האיזון לכיוון המרה גבוהה יותר.

אינטגרציה כלכלה מעגלית

תהליכים קטליטיים מפותחים גם כדי לשחזר את הפליסטיקים מן הפלסטיק מקצה החיים. הידרוליזה או אלכוהוליסטיזה של PVC באמצעות זרזי חומצה מוצקה יכול לשחזר את הפלסטיים phthalate כמו חומצות חופשיות או אלכוהול, אשר יכול לאחר מכן להיות reesterified.זה סוגר את הלולאה החומרי ומפחית את הביקוש להזנות בתולה.

ביצוע תנופה זו ידרוש המשך ההשקעה משני המגזרים הציבוריים והפרטיים, יחד עם מדיניות שמגבירה את אימוץ הכימיה הירוקה.השינוי לייצור קטליטי, בת קיימא של הפלסטיים אינו רק אופציה – זהו הכרחי לתעשיית שרוצה להישאר תחרותי בעולם נטול משאבים.עם מאמץ מתואמת, התהליכים הקטליטיים המתוארים כאן יכולים לספק פלסטיק בטוח, יעיל, ומאובטח כמעט לכל היבט מודרני של חיים.