استون، یک ورودی کلیدی برای صنایع شیمیایی، معمولاً توسط یک فرآیند پیچیده و خطرناک تولید می شود.
استون یک ورودی صنایع شیمیایی ضروری است و در ساخت طیف گسترده ای از محصولات مانند چسب ها، آنتی بیوتیک ها، اجزای الکترونیکی، حلال ها و پاک کننده ها، جوهرها و ویتامین ها و غیره استفاده می شود. تولید آن پیچیده و خطرناک است. برای ساده‌سازی فرآیند و ایمن‌تر و ارزان‌تر کردن آن، محققان در برزیل و آلمان روشی نوآورانه ایجاد کرده‌اند که فقط از کلرید آهن نور و فوتواکتیو (FeCl 3)، یک ترکیب شیمیایی ارزان قیمت، استفاده می‌کند.
فرآیند استاندارد تولید استون که به فرآیند هوک یا کیومن معروف است، شامل چندین مرحله است. پروپان، یک فرآورده نفتی، به پروپیلن تبدیل می شود، گازی بسیار قابل اشتعال، که با بنزن و سپس با اکسیژن در دما و فشار بالا واکنش داده و استون ایجاد می کند. این واکنش‌ها همچنین فنل تولید می‌کنند، ترکیبی که تقاضای کمتری برای آن وجود دارد، اما می‌توان آن را به موادی با ارزش افزوده تبدیل کرد، اگرچه این امر پرهزینه است.
روش جایگزینی که توسط دانشمندان وابسته به دانشگاه فدرال سائو کارلوس (UFSCar) و دانشگاه فدرال میناس گرایس (UFMG) در برزیل با همکاری همکاران موسسه کلوئیدها و رابط‌های ماکس پلانک در آلمان توسعه داده شده است، بر اساس پروپان است. اکسیداسیون و یک واکنش فوتوکاتالیستی با استفاده از کلرید آهن به عنوان یک کاتالیزور همگن در حضور نور.
ما کشف کردیم که وقتی کلرید آهن در طول موج‌های خاصی تابش می‌شود، کلر رادیکالی تولید می‌کند که یک اکسیدکننده قوی است و پیوند بین کربن و هیدروژن را می‌شکند [پیوند CH را فعال می‌کند ]، و باعث ایجاد رادیکالی می‌شود که در حضور ایوو فریتاس تیکسیرا، پروفسور دپارتمان شیمی UFSCar و آخرین نویسنده مقاله، گفت: اکسیژن برای تشکیل استون وجود دارد. ما به یک واکنش بسیار مهم به روشی کاملاً متفاوت و با استفاده از عناصر بسیار ساده دست یافتیم.»
اثبات اینکه واکنش واقعاً توسط رادیکال‌های کلر تولید شده توسط فوتولیز Fe-Cl هدایت می‌شود، با استفاده از مطالعات مکانیکی، از جمله طیف‌سنجی جرمی، یک تکنیک تحلیلی که اجزای یک مخلوط را با تعیین وزن مولکولی ذرات آن‌ها شناسایی می‌کند، به دست آمد.
از جمله مزایای این فرآیند این واقعیت است که مستقیم است – عدم تولید پروپیلن در مراحل میانی – و ایمن تر است زیرا شامل واکنش های اکسیژن در دماها و فشارهای بالا یا واسطه های قابل اشتعال و خطرناک نمی شود. علاوه بر این، مصرف انرژی و هزینه را کاهش می دهد زیرا مراحل کمتری دارد و در دمای اتاق (25 درجه سانتی گراد) رخ می دهد.
در این آزمایش‌ها از دیودهای ساطع نور (LED) به عنوان منبع نور استفاده شد، اما محققان قصد دارند در آینده از نور خورشید استفاده کنند و این روش را حتی پایدارتر کند.
درخواست ثبت اختراع و مراحل بعدی
یک درخواست ثبت اختراع در موسسه ملی مالکیت صنعتی (INPI)، دفتر ثبت اختراع برزیل ثبت شده است، و مشارکت با شرکت‌ها برای گسترش و تجاری‌سازی فرآیند جدید در حال انجام است. Teixeira گفت: “این می تواند برای تولید استون در صنایع شیمیایی کاملا مختل شود، ایمنی و پایداری را افزایش دهد و راه را برای تولید مستقیم استون هموار کند که هزینه ها را کاهش می دهد و رقابت را افزایش می دهد.”
وی افزود: چالش های اصلی، مقیاس وسیع فرآیندها در صنعت پتروشیمی و این واقعیت است که هنوز روش های تجاری فوتوکاتالیز وجود ندارد.
این تحقیق همچنین در دو جهت ادامه دارد: آزمایش روش جدید با مواد دیگری مانند متان. و به دنبال راه هایی برای افزایش مقیاس فرآیند به منظور افزایش تولید و بازده صنعتی است.
– این بیانیه مطبوعاتی در اصل در وب سایت Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo منتشر شده است.