Važna obitelj industrijskih kemikalija, zvanih otežani amini, tihi je sastojak tisuća običnih proizvoda koje svakodnevno uzimamo zdravo za gotovo.
Ti otežani amini daju OLED TV ekranima njihovu boju i štite gumu da je ne pojede kisik. Oni su ključni molekularni gradivni blok za sve, od farmaceutskih proizvoda do gnojiva i herbicida.
Ali postoji problem, jer otežane amine, koji se proizvode od nafte, teško je napraviti.
Sve postojeće tehnike za proizvodnju ovih amina su komplicirane i skupe, kaže inženjer Milad Abolhasani, izvanredni profesor na Sveučilištu NC State. To je Abolhasanija i njegovog kolegu iz laboratorija Maleka Ibrahima, ponukalo da počnu tražiti bolju metodu za sintetizaciju te vrijedne industrijske kemikalije.
Bili smo uspješni, kaže Abolhasani. Njihova metoda, koja uključuje drugi katalizator i reaktor s kontinuiranim protokom, radi do 70 puta brže od najčešće korištenog proizvodnog procesa, tvrde dvojica navedenih znanstvenika u članku objavljenom u srijedu u znanstvenom časopisu Nature Communications.
Poboljšanje HAM-a
Nova metoda se temelji na procesu koji se naziva hidroaminometilacija (HAM). Toj novoj metodi puno toga ide u prilog - proizvodi amine od jeftinijih elemenata i u manje koraka, proizvodeći samo vodu kao nusproizvod.
No, kemijska industrija nije široko usvojila HAM jer je previše nepredvidiv. Primjerice, HAM može dati pogrešne proizvode. Istraživači su shvatili kako bolje napraviti HAM, ali stavljanje tih poboljšanja u praksu produljuje proizvodni proces satima. Štoviše, katalizator, rodij, je skup.
Abolhasani i Ibrahim ponovno su osmislili taj proces korištenjem reaktora s kontinuiranim protokom.
Naš HAM proces u većini slučajeva traje manje od 30 minuta. Jedini proizvodi su otežani amini i voda. I u mogućnosti smo reciklirati primarni katalizator, rodij/N-ksantfos, što dodatno smanjuje troškove, kaže Abolhasani.
Novi sustav čini razliku
Istraživači su napravili dva velika poboljšanja procesa. Prvo, shvatili su da bi korištenje drugog katalizatora, fluorirane benzojeve kiseline, poboljšalo učinkovitost i smanjilo cijenu materijala.
Dizajnirajući kooperativni katalizatorski sustav, pokazali smo da stopa HAM reakcija u našem sustavu može biti 70 puta veća od postojećih najsuvremenijih procesa, ističe Ibrahim.
Također su dizajnirali proces da se odvija u reaktoru s kontinuiranim protokom. Ova promjena u odnosu na konvencionalni HAM nudi nekoliko poboljšanja. Kontinuirano pumpanje plinovitih i tekućih ulaza kroz sustav omogućuje inženjerima da ubrzaju neke od reakcija koje se događaju tijekom procesa proizvodnje, dramatično povećavajući njezinu učinkovitost.
Ovaj proces je također dobar primjer za to kako platforme za protočnu kemiju mogu poboljšati učestalost obrtanja katalizatora, što je sve važnije kako cijena rodijevih katalizatora raste, kaže Ibrahim.
Ako kemijska industrija prihvati novu tehniku proizvodnje otežanih amina, ovo istraživanje imat će snažan učinak koji će dirnuti potrošače diljem svijeta, iako će malo njih toga ikada biti svjesno.
Izvor: Interesting Engineering
