Ein besserer Weg zur Herstellung von Acrylaten
Acrylate sind eine unglaublich vielfältige und nützliche Familie von Chemikalien, die in allen Arten von Produkten verwendet werden, von Windeln bis hin zu Nagellacken. Nun beschreibt ein Forscherteam von UConn und ExxonMobil ein neues Verfahren zu ihrer Herstellung. Das neue Verfahren würde die Energieeffizienz erhöhen und toxische Nebenprodukte reduzieren.
Der Weltmarkt für Acrylsäure ist enorm. Laut der Branchengruppe PetroChemicals Europe verbrauchte die Welt 2013 fast 5 Millionen Tonnen davon. Kein Wunder, denn Acryl und die eng verwandten Acrylate sind die Bausteine für viele Arten von Kunststoffen, Klebstoffen, Textilien, Farben, Lacken und Papieren. In langen Ketten aneinandergereiht, können sie alle Arten von nützlichen Materialien herstellen. Acrylat, gemischt mit Natriumhydroxid, macht zum Beispiel ein superabsorbierendes Material für Windeln. Füge zusätzliche Methylgruppen (Kohlenstoff plus drei Wasserstoffatome) hinzu, und Acrylat bildet Plexiglas.
Die heutigen industriellen Prozesse zur Herstellung von Acrylaten erfordern hohe Temperaturen von nahezu 450 F und erzeugen unerwünschte und manchmal schädliche Nebenprodukte wie Ethylen, Kohlendioxid und Cyanwasserstoff.
Der UConn-Chemiker Steve Suib, Direktor des Instituts für Materialwissenschaft der Universität, und die Kollegen von UConn und ExxonMobil haben eine neue Methode entwickelt, um Acrylate bei milden Temperaturen herzustellen. Ihre Technik kann fein abgestimmt werden, um unerwünschte Chemikalien zu vermeiden.
"Wissenschaftler von ExxonMobil Research & Engineering haben in Zusammenarbeit mit der Gruppe von Professor Suib in UConn neue Technologien erforscht, die die Energieintensität senken, Schritte überspringen, die Energieeffizienz verbessern und den CO2-Fußabdruck im Herstellungsprozess von Acrylglas reduzieren können", sagt Partha Nandi, Chemiker bei ExxonMobil. "Die jüngste Veröffentlichung in Nature Communications beschreibt die Entdeckung eines neuen Weges zur Herstellung einer Klasse von Acrylatderivaten in potenziell weniger Schritten und mit weniger Energie."
Die Technik verwendet einen porösen Katalysator aus Mangan und Sauerstoff. Katalysatoren sind Materialien, die zur Beschleunigung von Reaktionen verwendet werden. Oftmals bieten sie den Molekülen eine Oberfläche, auf der sie sitzen können, während sie miteinander reagieren, was ihnen hilft, sich in den richtigen Konfigurationen zu treffen, um die Tat zu vollbringen. In diesem Fall füllen die Poren diese Rolle. Die Poren sind 20 bis 500 Angström breit, groß genug, damit relativ große Moleküle hineinpassen. Die Manganatome im Material können ihre Elektronen mit nahegelegenem Sauerstoff handeln, was die Durchführung der richtigen chemischen Reaktionen erleichtert. Abhängig von den Ausgangsstoffen kann der Katalysator alle Arten von Acrylaten und Acrylaten mit sehr wenig Abfall ermöglichen, sagt Suib.
"Wir hoffen, dass dies vergrößert werden kann", sagt er. "Wir wollen die Ausbeute maximieren, die Temperatur minimieren und einen noch aktiveren Katalysator entwickeln", was die Reaktion beschleunigt. Die Gruppe fand auch heraus, dass das Hinzufügen von ein wenig Lithium dazu beigetragen hat, die Dinge zu beschleunigen. Sie untersuchen derzeit die genaue Rolle von Lithium und experimentieren mit Möglichkeiten zur Verbesserung des Mangan- und Sauerstoffkatalysators.
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