Новости химической науки > Водород+сверхкритический углекислый газ=муравьиная кислота

Для понижения потребления ископаемого топлива и уменьшения количества выбросов диоксида углерода в атмосферу весьма привлекательна разработка процессов, в которых диоксид углерода являлся бы основным источником углерода для синтеза различных органических соединений.

Исследователи из Германии разработали метод, позволяющий осуществлять каталитическое гидрирование до муравьиной кислоты. В новом процессе диоксид углерода представляет собой не только исходный материал, но и растворитель для отделения конечного продукта – процесс осуществляют в сверхкритическом CO₂. Такой интегрированный подход позволяет впервые осуществлять непосредственное получение муравьиной кислоты в одну стадию.

Рисунок из Angew. Chem. Int. Ed., 2012, DOI: 10.1002/anie.201203185

Гидрирование CO₂ до муравьиной кислоты (H CO₂H) является объектом интенсивного исследования, так как позволяет напрямую получать химические продукты из отходов, образующихся в результате сгорания ископаемых топлив. Муравьиная кислота является важным продуктом химической промышленности, находящим применение во многих областях – сельском хозяйстве, пищевой промышленности, кожевенной промышленности. Рассматривается возможность применения муравьиной кислоты в качестве материала для хранения водорода – предполагается, что «топливом» автомобили на солнечных батареях может стать муравьиная кислота, из которой водород будет извлекаться с помощью каталитических реакций.

Возможность применения гомогенного катализа для получения муравьиной кислоты из CO₂ изучается с середины 1970-х годов. Проблема с этим процессом заключается в том, что одна из стадий этого процесса представляет собой равновесную реакцию, причем равновесие смещено в сторону исходных веществ. Для смещения равновесия необходимо удалять из реакционной смеси муравьиную кислоту, но для существующих процессов это возможно только в результате превращения муравьиной кислоты в соль или какое-либо иное производное. Таким образом, для получения чистой муравьиной кислоты необходима дополнительная стадия – разрушение этого производного, из-за чего организовать непрерывный процесс получения муравьиной кислоты невозможно.

Исследователи из группы Уолтера Ляйтнера (Walter Leitner) разработал новую концепцию, которая может быть использована для получения чистой муравьиной кислоты с помощью непрерывного процесса – стадии гидрирования CO₂ и выделения продукта интегрированы и проводятся в одном аппарате. Эффективность нового процесса заключается в том, что исследователи предложили использовать двухфазную систему, в которой сверхкритический CO₂ играл роль подвижной фазы, а жидкая соль – ионная жидкость – стационарной фазы. Как катализатор, так и основание, которое применялось для стабилизации кислоты, растворены в ионной жидкости. Поток CO₂ поступает в реакторах при давлении и температурах, больших критических значений (74 бар, 31°C) и селективно удаляет муравьиную кислоту из реакционной смеси. Двойная роль CO₂ – и реагента и фазы для экстракции имеет свои преимущества: целевой продукт непрерывно экстрагируется и вымывается из реактора, что способствует смещению равновесия.

Сверхкритический CO₂ не растворяет ни ионные жидкости, ни катализатор с основанием, поэтому они не загрязняют конечный продукт. Процесс может осуществляться непрерывно – в лаборатории устойчивая работа пилотной установки наблюдалась в течение 200 часов.

Источник: Angew. Chem. Int. Ed., 2012, DOI: 10.1002/anie.201203185

метки статьи: #вопросы экологии, #химическая технология