Биоразлагаемые зелёные растворители в качестве альтернативы традиционным растворителям

1. Биоразлагаемые зелёные растворители в качестве альтернативы традиционным растворителям

2.

Абсолютное большинство растворителей,
применяемых сейчас, — это летучие
органические вещества, производные
нефти:
во-первых, такие растворители не
бесконечны,
во-вторых, пожаро- и взрывоопасны,
в-третьих, вредны для окружающей
среды.
2

3.

«Зелёные» растворители
Вода
Сверхкритические жидкости
Ионные жидкости
Нетоксичные жидкие полимеры
(характеризуется низкой токсичностью,
доступностью и возможностью повторного
использования).
3

4. Вода как растворитель

• Хорошо растворимые
(простые спирты, сахар,
некоторые соли, большинство
щелочей и нитратов
металлов).
• Мало растворимые (гипс,
бертолетова соль, бензол,
метан, азот и кислород).
• Практически нерастворимые
(драгоценные и
полудрагоценные металлы,
керосин, ряд масел, инертные
газы и др.).
4

5. Сверхкритические жидкости

Основными преимуществами сверхкритических флюидов (СКФ)
как растворителей являются:
сочетание свойств газов при высоких давлениях (низкая
вязкость, высокий коэффициент диффузии) и жидкостей
(высокая растворяющая способность);
быстрый массоперенос, осуществляемый благодаря низкой
вязкости и высокому коэффициенту диффузии;
проникают в пористые среды более легко по сравнению с
жидкостями, благодаря сочетанию малого межфазного
натяжения с низкой вязкостью и высоким коэффициентом
диффузии;
высокая чувствительность растворяющей способности СКФ к
изменению давления или температуры;
простота разделения сверхкритических флюидов и
растворённых в них веществ при сбросе давления.
5

6.

Рис. 1. Фазовая диаграмма вещества
Вещество
Критическая
температура, ◦С
Критическое
давление, атм
СО2
31
72,8
С2 Н4
9
49,7
NH3
132
115,7
H2 O
374
217,8
Табл.1. Критические температуры некоторых сверхкритических флюидов
6

7. Сверхкритическая вода

В настоящее время известны следующие
реакции, происходящие в сверхкритической
воде (СКВ):
дегидрирование,
гидродесульфирование ,
алкилирование по Фриделю-Крафтсу
Например, трет-бутиловый спирт быстро и
селективно дегидратируется в СКВ до изобутилена
при температуре ~250 ◦С даже без добавления
кислоты или основания.
7

8.

СКВ можно эффективно использовать для
обработки:
ионообменных смол атомных производств,
атмосферной пыли, загрязненной диоксинами,
загрязненной почвы,
различного вида загрязнений густой консистенции.
Основные компоненты загрязнений:
алифатические и ароматические углеводороды,
кислородсодержащие органические вещества, включая
фенолы, хлоруглеводороды, азотсодержащие соединения.
8

9.

СКВ используют в качестве среды для:
разложения синтетических полимеров,
промышленных сточных вод,
экстракции сланцевого масла с
одновременным разложением.
Трудности при проведении данного процесса:
коррозия конструкционных материалов,
солеобразование и др.
9

10. Сверхкритический СО2

10

11.

Рис.2. Схема проточного реактора
для гидрирования органических
соединений в scCO2
• Сверхкритический CO2,
водород и органический
субстрат смешиваются в
подогреваемом реакторе;
• оттуда смесь поступает в
реактор, содержащий
закрепленный катализатор
(обычно благородный металл
на подложке).
• В реакторе предусмотрен
спектроскопический
непрерывный контроль за
прохождением реакции.
• Несмотря на то, что объем
реактора очень мал(5 или 10
мл), он позволяет получить до
1200 мл продукта.
11

12.

Рис.3. Гидрирование изофорона. Делаксан — твердая полиаминосилоксановая
подложка для Pd катализатора.
12

13.

Уникальный набор свойств сверхкритических
флюидов позволил на их основе разработать ряд
технологий.
К сверхкритическим технологиям относятся:
• сверхкритическая флюидная экстракция (СФЭ);
• сверхкритическая флюидная хроматография
(СФХ);
• микронизация;
• импрегнация.
13

14.

Преимущества сверхкритической флюидной
экстракции:
Проведения анализа без предварительного
разложения объектов окружающей среды и
биологических матриц,
Высокая скорость экстракции и
нетоксичность многих сверхкритических
флюидов.
14

15.

Сверхкритическая флюидная экстракция применяется для
экстракции кофеина из зелёного кофе, хмеля при
производстве пива, никотина из табака, а также различных
ароматических веществ в парфюмерной промышленности.
15

16.

Достоинства сверхкритической флюидной
хроматографии:
Высокая степень разделения при низкой
температуре,
Малая продолжительность анализа,
Расход растворителя ниже, чем при
использовании жидкостной хроматографии,
Получаемые отходы легко обезвреживаются,
поскольку химически просты и газообразны.
16

17.

Данные методы в основном используют
для анализа:
пищевых продуктов,
фармацевтических препаратов,
объектов окружающей среды
17

18. Заключение

Как не существует универсального
органического растворителя, так и «зелёные»
растворители надо подбирать —для каждой
реакции свой.
Например, реакция без растворителя удобна
с экономической и экологической точек
зрения, однако на практике довольно сложно
осуществима.
18

19.

Необходимо учитывать затраты энергии при
переводе вещества в сверхкритическое
состояние.
Реакции в СКФ не только экологически чисты,
но зачастую и более эффективны.
19

20. Спасибо за внимание!

20