Разработан новый экологичный процесс производства пропиленксида (PO) — важнейшего ингредиента повседневных предметов, таких как диваны, матрасы и бутылки для воды. Что отличает эту инновацию, так это ее способность работать без внешних источников энергии, таких как электричество или солнечный свет.
Проблема традиционного производства PO
Пропиленксид производится путем окисления пропилена. Исторически этот процесс опирался на перекись водорода (H₂O₂), обычно получаемую в процессе антрахинона. Этот метод проблематичен, поскольку он сильно зависит от ископаемого топлива и генерирует значительные выбросы углекислого газа (CO₂), способствуя изменению климата.
Прорыв: собственное производство H₂O₂
Исследователи во главе с профессорами Ча Хун Кваком и Джи-Вуком Чжаном из UNIST, а также профессором Сун-Джуне Чо из Национального университета Чхоннам, создали самодвижущуюся систему, способную производить PO с использованием генерируемой на месте перекиси водорода. Вот как это работает:
- Автономное создание H₂O₂: Система генерирует H₂O₂ посредством электрохимической реакции с участием кислорода и формальдегида. Эта реакция обусловлена химическим потенциалом — разницей в энергии между реагентами и продуктами — что позволяет системе работать спонтанно, без внешнего питания.
- Интегрированный синтез PO: Сгенерированная H₂O₂ затем реагирует с пропиленом внутри системы, непосредственно синтезируя пропиленксид.
- Инновация катализатора: Команда значительно улучшила структуру катализатора, преодолев ограничение обычных цеолитных катализаторов (TS-1), которые становятся менее эффективными в щелочной среде. Это улучшение повышает эффективность окисления пропилена и увеличивает выход PO.
Показатели производительности и экономические преимущества
Новая система демонстрирует впечатляющие показатели:
- Высокая производительность: За 24 часа система произвела 1 657 микромлей (мкмоль) PO на квадратный сантиметр (см²), что примерно в восемь раз больше, чем у предыдущих экологически чистых методов производства на основе H₂O₂.
- Совместное производство чистой энергии: Процесс также может одновременно производить водород (H₂), чистый и ценный источник энергии.
- Сокращение затрат: Экономический анализ показывает, что эта новая система может снизить затраты на производство PO примерно на 8%, снизив цену до примерно 2,168 доллара США за килограмм — конкурентное преимущество по сравнению с традиционными методами.
Децентрализованное и доступное производство
Помимо экономии затрат, система предлагает значительные операционные преимущества:
- Упрощенный дизайн: Она устраняет необходимость в сложных этапах предварительной обработки и энергоемком оборудовании, работающем при высоких температурах и давлении.
- Производство на месте: Производство H₂O₂ на месте минимизирует затраты на транспортировку и хранение, а также логистические трудности.
- Масштабируемость и гибкость: Модульная конструкция позволяет легко устанавливать систему в различных местах, облегчая мелкосерийное, заказное производство и способствуя переходу от централизованного производства к более распределенным системам.
«Этот модульный процесс можно легко установить в различных местах, что позволяет осуществлять мелкосерийное, заказное производство и способствует переходу от централизованного крупномасштабного производства к децентрализованным, распределенным системам», — говорит профессор Чжанг.
«Эта работа представляет собой значительный шаг вперед в преодолении давних ограничений цеолитных катализаторов, прокладывая путь к гораздо более устойчивой и экологически чистой химической промышленности», — добавляет профессор Квак.
Эта инновация представляет собой важный шаг на пути к более устойчивой химической промышленности, потенциально революционизируя то, как производятся важные компоненты пластика, делая процесс более эффективным, экономичным и экологически ответственным. Она подчеркивает потенциал использования химического потенциала для стимулирования устойчивых промышленных процессов.
