PowerPoint Presentation

Praca zaliczeniowa z

przedmiotu Kataliza w

Ochronie Środowiska

Tytuł prezentacji:

Zielona kataliza heterogeniczna

w ochronie środowiska

Student: Heroldso

Nr albumu: xxxx

Data: 05.04.2011

Definicje

Kataliza

jest to zjawisko polegające na zwiększeniu

szybkości reakcji chemicznej i/lub skierowaniu

reakcji na jedną z kilku możliwych

termodynamicznie dróg prowadzących do różnych

produktów, w obecności niewielkich ilości

substancji zwanych katalizatorami. Substancje te

tworząc nietrwałe połączenia przejściowe, nie są

jednakże zużywane w reakcji i nie występują w jej

równaniu stechiometrycznym. Katalizator nie

zmienia przy tym położenia równowagi

chemicznej, wpływa jedynie na szybkość

dochodzenia układu do tego stanu.

Katalizator

to substancja, która

zwiększa szybkość z jaką reakcja

chemiczna osiąga stan równowagi,

sama się jednak nie zużywa i której

symbol nie występuje w równaniu

stechiometrycznym.

Wpływ katalizatora na reakcję

chemiczną polega głównie na

obniżeniu jej energii aktywacji.

Definicje

Zielona Kataliza

Na podkreślanie znaczenia chemii w ochronie

środowiska wprowadzono termin „zielona

chemia” która skupia się na projektowaniu

produktów i procesów chemicznych

bezpiecznych dla człowieka i

niezagrażających środowisku naturalnemu.

W celu uwypuklenia szczególnej roli

katalizy w ochronie środowiska można

wprowadzić termin „zielona kataliza” jako

część „zielonej chemi”

Zasady

na których opiera się zielona

kataliza

•

Lepiej zapobiegać tworzeniu odpadów,

niż je później usuwać

•

Maksymalnie wykorzystywać materiały

używane w syntezie produktu finalnego

•

Stosować i produkować zawsze, o ile to

możliwe, substancje nietoksyczne lub o

małej toksyczności

•

Używać materiały pomocnicze, np.

rozpuszczalniki, tylko w minimalnych

ilościach nawet gdy są one nieszkodliwe

•

Dążyć do jak najmniejszego zużycia

energii i stosować ciśnienie i temperaturę

otoczenia

•

Stosować surowce odnawialne

•

Unikać stosowania w procesach związków

pośrednich i pomocniczych

•

Projektować i produkować tylko takie

materiały, które po zakończeniu ich

użytkowania nie będą szkodzić środowisku

Zasady

na których opiera się zielona

kataliza c.d.

•

Projektować i prowadzić procesy produkcyjne

w sposób bezpieczny, minimalizując pożary,

wybuchy i wycieki oraz inne wypadki

•

Zabezpieczyć kontrolę analityczną oraz

modyfikowanie procesu

•

Reakcje katalityczne prowadzić tak, aby były

wydajne i selektywne. Ponadto należy ciągle

udoskonalać stosowane katalizatory oraz

wprowadzać do praktyki ich nowe generacje

Zasady

na których opiera się zielona

kataliza c.d.

Alkilowanie benzenu

propylenem

W warunkach przemysłowych alkilowanie benzenu

propylenem prowadzone jest w stanie gazowym

w obecnosci kwasu fosforowego na

nieorganicznym nośniku oraz w fazie ciekłej w

obecności chlorku glinu lub kwasu siarkowego

albo kwasu fluorowodorowego. Stwierdzono, że

w pierwszym wypadku, prócz izopropylobenzenu

(kumenu), powstają produkty uboczne, takie jak

di-, tri- i poliakilobenzeny, które w warunkach

reakcji nie ulegają transalkilacji i wymagają

kosztownej i uciążliwej dla środowiska utylizacji.

Ponadto tworzą się oligomery propylenu (C

, C

), które pogarszają jakość produktu finalnego.

W wypadku AlCl

reakcja alkilowania przebiega w

warunkach łagodniejszych, ale mimo ciągłego

udoskonalenia technologii występuje duża

korozyjność aparatury i związana z tym

konieczność stosowania drogich materiałów

konstrukcyjnych w całej instalacji. W procesie

produkcyjnym powstaje duża ilość szlamów,

odpadów i gazów toksycznych oraz kwaśnych

ścieków (pH ~ 1,5) zawierających węglowodory

aromatyczne. Zaletą tego procesu jest rzemiana

diizopropylobenzenów w kumen w wyniku np.

Dysproporcjonowania:

W celu zmniejszenia ilości odpadów toksycznych i

korozyjności aparatury, dązy się od lat do

modyfikacji technologii np. poprzez zastosowanie

nowych, ekologicznych katalizatorów takich jak

zeolit zwany ekstrazeolitem PBE-1 do produkcji

przemysłowej kumenu i etylobenzenu. Przyczyny

wykorzystania ekstrazeolitu jako katalizatora

związane są ze specjalnym systemem połączeń

kanałowych, które minimalizują tworzenie się

depozytu węglowego i w ten sposób czas życia

katalizatora jest znacznie dłuższy w porównaniu

do np. Zeolitów typu fojazytu.

Alkilowanie fenoli i jego

pochodnych alkocholami

Alkilowanie fenoli jest ważna przemysłową

reakcją. W jej wyniku otrzymuje się wiele

produktów, np. o-krezol używany w syntezie

herbicidów, 2,6-ksylenol używany w produkcji

tlenku polifenylowego. Ponadto w wyniku O-

alkilowania metanolem hydroksyarenów

powstają etery metyloarylowe stosowane jako

dodatki do paliw, znacznie podnoszące liczbę

oktanową. W syntezie tych eterów jako

substratu można również używać odpadów

ligninowych pochodzących z przemysłu

celulozowego, otrzymując dobry zamienik

używanego obecnie eteru metylo-tert-

butylowego (MTBE)

Alkilowanie fenoli jest typową reakcją kwasowo-zasadową i

jak wielokrotnie wykazano, jej selektywność jest zależna od

kwasowości katalizatorów. Użycie typowych katalizatorów

Friedela-Craftsa będących katalizatorami Lewisa z wielu

względów, w tym z powodów ekologicznych, jest

niekorzystne lub nawet nieefektywne. Wykazano że

katalizator tlenkowy o właściwościach kwasowych i

zasadowych, np.. TiO

-MgO, był bardziej aktywny i

selektywny niż czysty MgO w syntezie 2,6-ksylenolu, co

przypisano połączonemu efektowi słabej kwasowości i

silnej zasadowości katalizatora. Natomiast w reakcji O-

alkilowania katalizatory o silnej kwasowości były bardziej

aktywne, ale mniej selektywne. Ostatecznie okazało się że

zastosowanie zeolitów w alkilowaniu alkoholami oraz

możliwość regulowania właściwości kwasowo-zasadowych

zeolitów ma istotny wpływ na tworzenie się produktów O-

lub C- alkilowania.

Glukoza jako zamiennik

benzenu w syntezie kwasu

adypinowego

Tradycyjnym substratem w syntezie

kwasu adypinowego jest benzen,

który wykazuje właściwości

rakotwórcze. Stosując glukozę w

miejsce benzenu i przeprowadzając

syntezę biochemiczną, uzyskujemy

w rezultacie ten sam produkt.

Synteza amin aromatycznych

eliminująca chlorobenzen jako związek

pośredni

Zwykle aminy aromatyczne

otrzymuje się na drodze

chlorowania benzenu i nitrowania

oraz nukleofilowego podstawienia.

Alternatywna metoda opracowana

przez firmę Monsanto polega na

substytucji nukleofilowej wodoru

Document Outline