과학자들은 아세톤을 얻기 위한 더 저렴하고 안전하며 간단한 방법을 개발합니다.

[이매진]

과학자들은 아세톤을 얻기 위한 더 저렴하고 안전하며 간단한 방법을 개발합니다.

https://scitechdaily.com/scientists-develop-cheaper-safer-and-simpler-method-to-obtain-acetone/

Scientists Develop Cheaper, Safer, and Simpler Method To Obtain Acetone

과학자들은 아세톤을 얻기 위한 더 저렴하고 안전하며 간단한 방법을 개발합니다.

주제:상파울루 연구 재단지속 가능성

작성자: 상파울루 연구재단, 2023년 10월 30일

연구원들은 빛과 광활성 염화철 촉매를 사용하여 아세톤을 생산하는 새롭고 안전하며 경제적인 방법을 개발하여 공정을 단순화하고 고온, 고압 단계의 필요성을 줄였습니다. 이 혁신은 햇빛을 사용하고 산업용으로 확장하여 아세톤 생산에 혁명을 일으키고 향상된 안전성과 지속 가능성을 약속할 수 있습니다.

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화학 산업의 주요 투입물인 아세톤은 전통적으로 복잡하고 위험한 절차를 통해 제조되었습니다. 브라질과 독일의 연구원들은 공동으로 보다 친환경적인 접근 방식을 구축했습니다.

아세톤은 접착제, 항생제, 전자 부품, 용제, 페인트 제거제, 잉크, 비타민 등 다양한 제품을 만드는 데 중요한 구성 요소로 화학 산업에서 중추적인 역할을 합니다. 그러나 그 생산은 복잡하고 위험합니다. 공정을 단순화하고 보다 안전하고 저렴하게 만들기 위해 브라질과 독일의 연구원들은 저렴한 화합물인 가볍고 광활성 염화철(FeCl3)만을 사용하는 혁신적인 방법을 개발했습니다.

FAPESP의 자금 지원을 받은 연구에 관한 기사는 최근 ACS Catalytic 저널에 게재되었습니다 .

Hock 또는 큐멘 공정으로 알려진 표준 아세톤 제조 공정은 여러 단계로 구성됩니다. 석유 제품인 프로판은 인화성이 높은 가스인 프로필렌으로 변환되고, 이는 벤젠과 반응한 다음 고온, 고압에서 산소와 반응하여 아세톤을 생성합니다. 이러한 반응에서는 수요가 적지만 비용이 많이 들지만 부가가치 물질로 전환할 수 있는 화합물인 페놀도 생성됩니다.

브라질의 상카를로스 연방대학교(UFSCar) 및 미나스제라이스 연방대학교(UFMG) 소속 과학자들이 독일 막스 플랑크 콜로이드 및 인터페이스 연구소의 동료들과 협력하여 개발한 대체 방법은 프로판을 기반으로 합니다. 빛이 있는 상태에서 염화철을 균일 촉매로 사용하는 산화 및 광촉매 반응.

대체 전략은 빛이 있을 때 염화철을 균질 촉매로 사용하여 프로판을 산화시키는 것입니다. 크레딧: Vitor Gabriel Pastana

“우리는 염화철에 특정 파장을 조사할 때 강력한 산화제인 라디칼 염소를 생성하고 탄소와 수소 사이의 결합을 절단하여(CH 결합을 활성화함) 다음과 같은 라디칼을 생성한다는 사실을 발견했습니다. UFSCar 화학과 교수이자 해당 기사의 마지막 저자인 Ivo Freitas Teixeira는 산소가 아세톤을 형성한다고 말했습니다. "우리는 완전히 다른 방식과 매우 간단한 요소를 사용하여 매우 중요한 반응을 달성했습니다."

Fe-Cl 광분해에 의해 생성된 염소 라디칼에 의해 반응이 실제로 발생했다는 증거는 입자의 분자량을 결정하여 혼합물의 구성 요소를 식별하는 분석 기술인 질량 분석법을 포함한 기계적 연구를 통해 얻어졌습니다.

이 공정의 장점 중 하나는 중간 단계에서 프로필렌 생산을 건너뛰는 직접적이라는 점과 고온, 고압에서의 산소 반응이나 가연성 및 위험한 중간 물질을 포함하지 않기 때문에 더 안전하다는 점입니다. 또한 단계 수가 적고 상온(25°C)에서 발생하므로 에너지 소비와 비용이 절감됩니다.

이번 실험에서는 광원으로 발광다이오드(LED)를 사용했지만 연구진은 앞으로는 대신 햇빛을 사용해 이 방법을 더욱 지속 가능하게 만들 계획이다.

특허 출원 및 다음 단계

브라질 특허청인 INPI(National Industrial Property Institute)에 특허 출원이 접수되었으며, 새로운 공정의 규모 확대 및 상용화를 위해 기업과의 파트너십을 모색하고 있습니다. Teixeira는 "이는 화학 산업의 아세톤 생산에 절대적으로 파괴적인 영향을 미칠 수 있으며 안전성과 지속 가능성을 향상시키고 아세톤을 직접 생산할 수 있는 길을 열어 비용을 절감하고 경쟁력을 높일 수 있습니다"라고 말했습니다.

그는 석유화학 산업의 대규모 공정과 아직 상업적인 광촉매 방법이 없다는 사실이 주요 과제라고 덧붙였습니다.

연구는 또한 두 가지 방향으로 계속 발전하고 있습니다. 즉, 메탄과 같은 다른 물질을 사용하여 새로운 방법을 테스트하는 것입니다. 산업 생산과 수율을 높이기 위해 공정을 확장하는 방법을 모색합니다.

참고 자료: "온화한 조건에서 광활성 염화철(III)에 의해 촉진된 호기성 프로판 산화에 의한 아세톤의 직접 합성" 작성자: Andrea Rogolino, José BG Filho, Lorena Fritsch, José D. Ardisson, Marcos AR da Silva, Gabriel Ali Atta Diab, Ingrid Fernandes Silva, Carlos André Ferreira Moraes, Moacir Rossi Forim, Matthias Bauer, Thomas D. Kühne, Markus Antonietti 및 Ivo ​​F. Teixeira, 2023년 6월 15일,  ACS 촉매작용 .
DOI: 10.1021/acscatal.3c02092

이 연구는 상파울루 연구 재단(São Paulo Research Foundation)의 자금 지원을 받았습니다.