Wykład 3. Zielona chemia (część 2)

Transkrypt

1 Wykład 3 Zielona chemia (część 2)

2 Glicerol jako zielony rozpuszczalnik Nietoksyczny, tani, łatwo dostępny, odnawialny, wysoka temp. wrzenia (nie jest klasyfikowany jako LZO/VOC), polarny, może być stosowany w syntezach z użyciem mikrofal Duża ilość generowana jest w produkcji biopaliw

3 Glicerol jako zielony substrat Badania nad nowymi zastosowaniami gliceryny Otrzymywanie akroleiny ( do produkcji kwasu akrylowego) trwają prace nad przeprowadzaniem tej reakcji w warunkach nadkrytycznych M. Cichy, Nowe kierunki wykorzystania glicerolu w przemyśle chemicznym

4 Glicerol jako zielony substrat w reakcjach utleniania Z użyciem selektywnych katalizatorów M. Cichy, Nowe kierunki wykorzystania glicerolu w przemyśle chemicznym

5 Ciecze jonowe zielone rozpuszczalniki Związki organiczne zbudowane z kationu i anionu o temp. topn. < C. Są niepalne, mają bardzo niską prężność par (nielotne), stabilne termicznie i elektrochemicznie, zdolność rozpuszczania wielu substancji organicznych i nieorganicznych. Mogą być hydrofobowe i hydrofilowe, zachowują aktywność biologiczną rozpuszczonych enzymów, ekstrahują związki siarki z oleju napędowego, zwilżają powierzchnię metali i polimerów, wykazują działanie katalityczne, rozpuszczają kompleksy metali przejściowych i zachowują ich aktywność katalityczną Pierwsza otrzymana w 1914 przez Waldena: C 2 H 5 NH 2 + st. HNO 3 [C 2 H 5 NH 3 ] + [NO 3 ]

6 Wybrane kationy w cieczach jonowych Wybrane aniony w cieczach jonowych

7 Ciecze jonowe w porównaniu z popularnymi rozpuszczalnikami Zastosowanie cieczy jonowych pozwala: zmniejszyć ilość generowanych odpadów stosować ten sam rozpuszczalnik wielokrotnie, prowadzić reakcje w niskiej temp., uzyskiwać wysokie wydajności i selektywność reakcji Prowadzenie katalizy w układzie homogenicznym. Spełniają wymagania trzech zasad zielonej chemii 5,6, 9: 5. Bezpieczniejsze rozpuszczalniki i materiały pomocnicze, 6. Wydajność energetyczna, 9. Kataliza

8 Ciecze jonowe Czy są całkowicie zielone? Kation imidazoliowy działa podobnie jak toluen i dichlorometan) Chemistry in Britain 39(3) Spalanie cieczy jonowych generuje toksyczne gazy (F 2 czy HF). Problem z otrzymaniem chemicznie czystej cieczy jonowej. Jak utylizować zużyte ciecze jonowe? Jaka jest toksyczność cieczy jonowych? J. Pernak, Politechnika Poznańska, Ciecze jonowe, Politechnika Poznańska, Wydział Technologii Chemicznej

9 Biokataliza Prowadzona w łagodnych warunkach, w środowisku wodnym z biokompatybilnymi reagentami, wysoce selektywna, bez konieczności zabezpieczania grup funkcyjnych, stereoselektywność. Technologia wytwarzania enzymów na skalę przemysłową rozwinęła się w ostatnich latach.

10 Przykład biokatalizy w otrzymywaniu antybiotyków Kwas 6-aminopenicylinowy For chemical procedure 0.6 kg Me 3 SiCl, 1.2 kg PCl 5, 1.6 kg PhNMe 2, 0.2 kg NH 3, 8.41 kg of n- BuOH and 8.41 kg of CH 2 Cl 2 were required to produce 1 kg of 6-APA in contrast for enzymatic cleavage only 0.9 kg per kg of 6-APA is required.

11 Biokataliza w syntezie monomerów Synteza akryloamidu Metoda klasyczna

12 Biokataliza w syntezie monomerów Biotechnologiczny proces Mitsubishi Rayona Komórki Rhodococcus rhodocrous, zawierające hydratazę nitrylową pozwalają otrzymać akryloamid o czystości >99.9% z 99% -ową konwersją. Proces jest zielony produkt nie

13 Modyfikacja związków chemicznych- otrzymywanie bardziej zielonych E. M. Siedlecka, Chemia stosowana, Uniwersytet Gdański

14 Pozyskiwanie energii z surowców odnawialnych Biogaz (fermentacja metanowa) 63% CH 4, 35% CO 2, 2% innych gazów (N 2, H 2, H 2 S) Bioetanol i biometanol (fermentacja alkoholowa) Biodiesel (transestryfikacja oleju pozyskiwanego z roślin) Biopaliwa stałe - biomasa

15 Otrzymywanie biopaliw ciekłych Produkcja biodiesla (FAME - fatty acid methyl ester) Europejska produkcja biodiesla w 2005 roku przekroczyła tys. ton i w porównaniu z rokiem poprzednim wzrosła o 65%. Produkcja bioetanolu Hydroliza cukrów wyższych do glukozy Fermentacja glukozy do etanolu i dwutlenku węgla Rektyfikacja i odwadnianie w celu uzyskania etanolu absolutnego Bionett, Biopaliwa dane podstawowe, 2012

16 H. Marczak, Inżynieria ekologiczna, ZNACZENIE BIOETANOLU W WYPEŁNIANIU OBOWIĄZKU STOSOWANIA PALIW ODNAWIALNYCH W TRANSPORCIE28, 2012

17 Porównanie benzyny i bioetanolu LO etanolu 108, LO benzyny Wartość opałowa Q etanol =26.7 kj/g, wartość opałowa benzyny Q=43.0 kj/g Etanol miesza się z wodą Bioetanol może powodować korozję elementów elastomerowych, a praca silnika w niskich temperaturach jest utrudniona. Szacunkowe koszt produkcji bioetanolu 0,60 /litr (bez podatku) Porównanie oleju napędowego i biodiesla LC > 55, oleju napędowego >51 Wartość opałowa 37 kj/g, oleju napędowego 42 kj/g Lepkość > lepkość oleju napędowego Temp. zapłonu < Temp. zapłonu oleju napędowego Biodiesel mniej odporny na utlenianie Stanowi rozpuszczalnik elementów gumowych Większość gwarancji producentów samochodów dopuszcza stosowanie jedynie 5% mieszanek biopaliwa z olejem napedowym

18 Zalety i wady biopaliw Zalety: Odnawialność i biodegradowalność, Uboczny produkt wytwarzania może być wykorzystany jako pasza dla zwierząt Rozwój rynku produktów rolnych Redukcja emisji gazów cieplarnianych (głównie dwutlenku węgla (CO 2 ) i metanu (CH 4 ), kwestionowana Wady: korzystanie z gruntów rolnych prowadzi do wzrostu cen podstawowych artykułów żywnościowych, produkcja biomasy przeznaczonej do produkcji biopaliw powoduje konkurencję o źródła i dostawy wody, uprawa roślin na cele bioenergetyczne zmniejsza bioróżnorodność biologiczną