Ионные жидкости Сделать экологической Splash
Ионные жидкости (ILS), которая до недавнего времени были главным образом в научно-исследовательских лабораторий, проникли в химической промышленности процесса, а новые растворители БЛ с учетом удовлетворения потребностей конкретных химических реакций в широком диапазоне применений.
Первый коммерческий процесс использования ILS - запущен BASF AG (Людвигсхафен, Германия; <a target="_blank" href="http://www.basf.com" <rel="nofollow"> www.basf.com / >) в 2002 - уже считается большой успех, и ряд других процессов в экспериментальной стадии. Кроме того, ряд компаний предлагают буквально сотни ILS, и говорят, что они готовы производить их в количествах тонну, когда спрос возникает.
"Там были преобразования за последние пять лет", говорит Кеннет Седдон, содиректор Univ королевы. Ионной жидкости лабораторий (перо, Белфаст; <a target="_blank" href="http://quill.qub.ac.uk" rel="nofollow"> http://quill.qub.ac.uk </ >). "Когда ход ИЛ сравнивается с той, которая произошла с сверхкритических флюидов, что мы сейчас наблюдаем быстрое прогрессирование от лаборатории до серийного производства".
В отличие от обычных углеводородные растворители, ILS не имеют давление пара, так Есть не летучих органических соединений (ЛОС). Кроме того, они не горючие (т. е. они являются жидкости примерно 300 ° C до 0 ° C или меньше), и могут быть рассчитаны как "зеленые" растворители, которые имеют минимальное воздействие на окружающую среду. "Как группа, они растворяются почти все", говорит Седдон.
На атомном уровне, ИЛ состоят целиком положительно и negativelycharged ионов - продуктов, которые, как правило, солей с высокими температурами плавления, поясняет Уве Вагт, руководитель развития нового бизнеса химических веществ, с BASF. Они производятся как жидкости путем изменения органических катионов, таких как аммоний, фосфониевые или imidazolium, добавляя различные алкильные группы и анионов для получения желаемого физических свойств.
Использование кредит можно также улучшить кинетики реакции. Так обстоит дело с базиликом процесса "БАСФ" (двухфазные кислоты очистки использованием ионных жидкостей), в котором компания на рынок в 2002 году. Завод производит "multi-tons/yr" из diethoxyphenylphosphine, фотоинициатора промежуточных подготовленный реакции dichlorophenylphosphene с этанолом.
Реакции порождает соляной кислоты (HCl) в качестве побочного продукта, который должен быть удален, чтобы избежать нежелательной реакции сторону. HCl, как правило, удалены, добавив третичных аминов, но это порождает раствор соли аммония, которые трудно фильтр из реакционной смеси. BASF решить эту проблему, заменив 1-метил для амина, образуя methylimidazolium хлористого ЭЛ с температурой плавления 75 ° C (реакция температура 80 ° C).
После реакции, говорит Вагт, Есть две фазы, которые легко отделяются - верхней фазе чистого продукта и нижней фазы, что является чистой IL. Последняя может быть депротонированного с гидроксидом натрия, восстанавливая метил для повторного использования. все протонированные соли alkylimidazolium могут быть переработаны через депротонирования, говорит Вагт. Однако рециркуляция труднее dialkylimidazolium солей, которые в настоящее время разработаны и для других процессов, таких как Фриделя-Крафтса и Дильса-Альдера. Для этих солей, метод рециркуляции должна быть решена каждом конкретном случае, говорит он.
В дополнение к очистку HCl, 1-метил функции нуклеофильного катализатора, увеличивая тем самым пространство-время урожая более чем в 80 000, от 8 до 690 000 кг / м ^ 3 ^ SUP ч. "Это дает нам возможность выполнять те же реакции, что было сделано в большой сосуд (рисунок слева) в струе реактора, который размером с большой палец (рис. справа), говорит Вагт. Экономии средств процесса "несколько долларов за килограмм" по сравнению с обычным маршрутом.
Экономические преимущества использования ИЛ
Аналогичные экономии, как ожидается, в течение нескольких других процессов, которые разрабатываются клиентами BASF. все они по специальности и химических продуктов тонкого, говорит Вагт, а некоторые включают ВАСИЛИЙ процесса. Он отказывается сообщить подробности из-за соглашения о конфиденциальности. BASF предлагает около 20 ИЛ imidazolium использованием солей.
Однако, хотя процесс базилик "абсолютно совершенным" Заявка на ИЛ, многие компании химического процесса, до сих пор "смотреть и видеть" отношение к технологии, говорит Роберт Морленд, химик BP (Naperville, IL;. <A HREF = "http://www.bp.com" целевых = "_blank" относительной = "NOFOLLOW"> www.bp.com </ A>). Одной из основных проблем, говорит Морленд, является нехватка токсикологические данные по ILS, которая препятствует промышленных инвестиций в технологии. Еще один вопрос, это чисто отделения продукта от IL, которые могли бы отравить продукта.
Работа с токсикологии что-то из ситуации "курица или яйцо. "Есть бесконечные возможности создания ионных жидкостей (для специфических применений), а расходы, связанные с регистрацией ионной жидкости проблемы", говорит Аллан Робертсон, директор по технологиям развития фосфина и фосфора Специальности Div. из Cytec промышленности (Ниагарский водопад, Онтарио.; <a target="_blank" href="http://www.cytec.com" rel="nofollow"> www.cytec.com </ A>), что делает фосфина производные. "Мы готовы платить, до тех пор, как мы обеспечиваем разумные объемы производства для покрытия расходов, которые могут варьироваться от $ 100000 до $ 200000," говорит он.
Кроме того, ИЛ очень дорого. В настоящее время цены колеблются от $ 350 до нескольких тысяч долларов за килограмм, потому что спрос невелик. Но даже если бы они были проданы в количестве тонну, они все еще будут стоить около $ 50 - $ 150/kg ", говорит Урс Вельц-Бирман, руководитель проекта ИЛ с Merck KGaA (Дармштадт, Германия, <A HREF =" http:// www.merck.de "целевых =" _blank "относительной =" NOFOLLOW "> www.merck.de </ A>). "В связи с этим, должны быть веские основания для использования ионной жидкости", говорит он, таких, как повышение безопасности, улучшение производительности и продукт восстановления, возможность утилизации жидких постоянно ", или возможность проведения реакции только в ионной жидкости ".
Merck производит около 250 ILS, но составляет лишь около 10 или 15 кг на масштабе. Большинство спросом пользуются imidazolium основе жидкостей, но компания также производит аммиака, фосфониевые и пиридиния основе ILS. "Мы хотим предоставить нашим клиентам с таким количеством комбинаций, как можно поставить просил характеристики, такие как низкая вязкость, высокая гидрофобность, стабильность температуры и электрохимической стабильности", говорит Вельц-Бирман.
Ситек, которая специализируется на фосфониевые ИЛ, сделал "за 100 ИЛ в доме", говорит Робертсон, и тест-маркетинга около 15, которые предлагают буфет свойств. Другие производители включают Сачем, Inc (Остин, Техас; <a target="_blank" href="http://www.sacheminc.com" rel="nofollow"> www.sacheminc.com </ A>), чья ИЛ на основе четвертичных солей аммония, а также растворителей Innovation GmbH (Кельн, Германия; <a target="_blank" href="http://www.solvent-innovation.com" rel="nofollow"> www.solvent-инновация . COM </ A>), которая производит ИЛ от аммония, imidazolium, фосфониевые и пиридиния. Растворитель инноваций получила поддержку в прошлом году, когда Degussa AG (Дюссельдорф, Германия; <a target="_blank" href="http://www.degussa.com" <rel="nofollow"> www.degussa.com /> ) приобрели интерес к фирме.
Выращивание ИЛ 'селективности
Процесс олигомеризации олефинов, что использует imidazolium IL конвертировать бутенов к isooctenes (C ^ югу 8 ^) была опробована на Французского института нефти (IFP) и доступен в Axens (Rueil Malmaison, Франция; <A HREF = "HTTP: / / www.axens.net "целевых =" _blank "относительной =" NOFOLLOW "> www.axens.net </ A>), лицензирования в руки IFP. Вызывается Difasol, это дополнение к Dimersol Axens процесс, который использует никелевый катализатор для обновления C ^ ^ 4 югу олефинов побочные продукты от жидкого каталитического крекеров и нафты крекеры в C ^ ^ 8 к югу.
Difasol использует те же катализатора, растворенного в IL, в двухфазных реактора. Олефины избирательно растворяются в IL и преобразуется в C ^ ^ 8 югу продукт, который практически не смешивается с IL, которые могут таким образом быть восстановлены путем отделения простых этапа. "Difasol гораздо более избирательно, чем Dimersol и улучшает общую урожайность на 10-15%", говорит Жан-Ален Chodorge, старший менеджер по технологии Axens. IL могут быть переработаны течение многих лет, говорит он, поэтому себестоимость производства на C югу ^ ^ 8, как ожидается, будет практически одинакова для обоих процессов.
"Зеленый" процессы электролитической и гальваники, которые используют ИЛ вместо стандартных растворов в настоящее время коммерческая Scionix ООО (London; Великобритания; <A HREF = "http://www.scionix.co" целевых = "_blank" относительной = "NOFOLLOW"> www.scionix.co </ A>. UK), совместное предприятие ООО Genacys и Univ. Лестер, которая разработала технологию. Электрополировки процесс, который дальше по использует смесь хлорида холина и этиленгликоля. Она оставляет гладкую поверхность из нержавеющей стали, чем обычные процесс кислоты, но потребляет всего одну десятую электроэнергии, говорит Халид Шукри, менеджер по развитию бизнеса для Scionix. Этот процесс в настоящее время осуществляется в 50-L ванну, он говорит, и будет масштабироваться до нескольких тысяч литров в течение нескольких месяцев.
Между тем, Univ. о (UA) Центр Грин Производство (CGM; Таскалуза; Алабамы <a target="_blank" href="http://www.bama.ua" rel="nofollow"> www.bama.ua </ A>. EDU) создал фирма под названием 525 Solutions (<a target="_blank" href="http://www.525solutions.com" <rel="nofollow"> www.525solutions.com />), чтобы создать новые композитные материалов, используемых в качестве растворителей ИЛ. Большая часть работы вращается вокруг целлюлозы, потому что это возобновляемый ресурс, говорит Рик Swatloski, президент.
Композиционных материалов для тестирования включают целлюлозно-полиакрилонитрила и целлюлозно-полианилина, которые растворяются в IL, а затем осаждают путем смешивания IL с водой. Композитных могут быть изготовлены как бусины в быстро перемешивают воду, прессованные, как волокна, или бросили, как кино. "Цель состоит в том, чтобы определить набор свойств и создать материал, который сравнивает их", говорит Swatloski.
В рамках другого проекта CGM, алюминия было произведено на 100-140 ° С в электролит безводного хлорида алюминия и imidazolium IL, используя AlCl 3 ^ ^ к югу в качестве исходного материала. Рамана Редди, UA профессор металлургии, говорит, что выгоды низкое энерго-и материалоемкость и низким уровнем выбросов, по сравнению с обычными электролитического процесса, который получает алюминия из глинозема на 900-1000 ° C.
Процесс инноваций
Количество университетов по всему миру используют ИЛ разработать широкий спектр процессов. В Германии, Univ. Байройт (<a target="_blank" href="http://www.unibayreuth.de" rel="nofollow"> www.unibayreuth.de </ A>) и Univ. г. Эрланген (<a target="_blank" href="http://www.uni-erlangen.de" rel="nofollow"> www.uni-erlangen.de </ A>), в сотрудничестве с растворителем инноваций являются экспериментальной жидкостной экстракции процесс, который уменьшает содержание серы в дизельном топливе до менее 10 мг / кг. Этот уровень трудно достичь с помощью обычных гидроочистки, которая работает при высокой температуре и давлении. В новом процессе, серы растворяется imidazolium IL, который смешивается с топливом при комнатной температуре и давлении. IL это смешивается с топливом и серы могут быть удалены из IL путем дистилляции, экстракции или экстрагирования сверхкритических CO2, говорит Клаус Хилджерс, растворителей инноваций.
Техника для восстановления провел IL, что проще и дешевле, чем при использовании углеводородного растворителя или сверхкритическом CO 2 был разработан в Univ. Нотр-Дам (IN; <a target="_blank" href="http://www.nd.edu" rel="nofollow"> www.nd.edu </ A>). Метод лучше всего подходит для Ил-органических смесей органических которых содержание превышает 50%, которые в противном случае потребуется много растворителя для извлечения органических, говорит Джоан Бреннеке, профессор химического машиностроения. Углекислый газ закачивается в смеси на 40-50 бар и растворяется в IL. Это истощает силы растворителя смеси и вызывает разделение фаз с органическими.
Нотр-Дам недавно получила контракт от Департамент США по национальной энергетической энергетики техническая лаборатория (Питсбург, Пенсильвания; <a target="_blank" href="http://www.netl.doe.gov" rel="nofollow"> www.netl.doe.gov </ A>), чтобы разработать отдельный процесс СО2 из fluegas, более энергоэффективные и экономичнее, чем тот, который использует моноэтаноламина (МЭА).
На Univ. Твенте (Нидерланды; <a target="_blank" href="http://www.utwente.nl" rel="nofollow"> www.utwente.nl </ A>), исследователи из отделения ароматических Этан использованием ИЛ в контактор вращающегося диска. Например, толуол был отделен от гептана по пиридиния IL, а затем восстановить путем дистилляции. Как правило, толуол добывается сульфолане, а затем восстановить на добычу Бек или дистилляции, отмечает исследователь Норберт Кейперс. "IL дважды избирательности и возможности сульфолане", говорит он, "и процесс обещает быть дешевле."
Полистирол выпускается с мономера стирола при 60 ° C в pyrrolidinium IL на Монаш Univ. Школе химии (Clayton, Австралия; <A HREF = "http://www.sci.monash.edu" целевых = "_blank "относительной =" NOFOLLOW "> www.sci.monash.edu </ A>. а.е.). Катионной полимеризации использует-бис (oxalato) борной кислоты катализатора. В отличие от традиционных катионной полимеризации происходит в дихлорметан растворителя при 0 ° С катализатора хлористого алюминия, которая требует строгих безводных условиях, говорит исследователь Vijay Ranganathan.
Основным преимуществом этого процесса, он указывает на то, что IL и катализатора восстановить закалкой реакционной смеси метанола, которое ускоряет полимера, а затем дистилляции метанола и отделения катализатора от IL. Как правило, AlCl 3 ^ ^ к югу катализатора трудно восстановить и производит много отходов, говорит Ranganathan.
Рам Мохан, профессор химии в штате Иллинойс Уэслиан Univ. (Блумингтон, Иллинойс; <a target="_blank" href="http://www.iwu.edu" rel="nofollow"> www.iwu.edu </ A>) используется ИЛ, чтобы найти новые пути для реакции органического синтеза ", которые работают не очень хорошо или вообще" в органических растворителях. Сначала он выпустил гомоаллилтиол эфиров путем растворения и реагирующих альдегида с allyltrimethylsilane в присутствии катализатора, при комнатной температуре. В отличие от этого, по его словам, реакция, как правило, делается в (экологически нежелательно) дихлорметан на низких температурах вплоть до -70 ° C, чтобы избежать нежелательной полимеризации.
GERALD ПАРКИНСОН является пишущим редактором с более чем 25-летним опытом писать о химической промышленности процесса.