成功地減少化學(xué)制造業(yè)對環(huán)境的影響依賴于找到一種更環(huán)保的方法來制造常見和大量消耗的化合物的化學(xué)基石。

眾所周知，制造過程對環(huán)境的影響最大，影響也最強(qiáng)烈，化學(xué)制造業(yè)在能源消耗和排放方面都名列前茅。雖然由于化學(xué)制品在日常生活中的大規(guī)模使用，這是有道理的，但為了可持續(xù)發(fā)展，還有很多地方需要改進(jìn)。

通過關(guān)注可再生能源和制造一些最常用化合物的化學(xué)構(gòu)件的替代方法，研究人員希望通過一些綠色創(chuàng)新來減少化學(xué)制造業(yè)的足跡。

研究人員在10月7日的《美國化學(xué)學(xué)會(huì)雜志》上發(fā)表了他們的研究結(jié)果。

這項(xiàng)研究的主要焦點(diǎn)是環(huán)胺，因?yàn)樗鼈兪蔷?xì)化學(xué)品最重要的組成部分。這些化合物排列成一個(gè)環(huán)，在這種情況下，有一個(gè)氮原子。其中的明星之一是吡啶，它讓位于哌啶，一種環(huán)胺，在精細(xì)化工工業(yè)中至關(guān)重要。

例如，哌啶為許多材料提供了框架，例如fda批準(zhǔn)的藥物、殺蟲劑和許多人生活中使用的日常材料。

向含氮環(huán)胺中添加氫的典型方法包括使用氫氣作為質(zhì)子和電子源。加氫過程依賴于甲烷蒸汽重整獲得的氫，甲烷是一種主要的溫室氣體。

這種方法不僅能源密集，而且還占全球二氧化碳排放量的3%左右。這個(gè)過程也高度依賴化石燃料，需要大量的能源。幸運(yùn)的是，研究人員通過開發(fā)陰離子交換膜(AEM)電解器找到了解決這個(gè)問題的方法。

AEM電解槽允許不同種類的吡啶在環(huán)境溫度和壓力下加氫，而不必像傳統(tǒng)方法那樣使用酸性添加劑。電解槽的作用是把水分解成它的組成部分，原子氫和原子氧。得到的氫原子隨后被加入到環(huán)狀化合物中。

AEM電解槽還展示了與其他含氮芳烴的良好通用性，使其成為廣泛應(yīng)用的有前途的途徑。此外，通過開發(fā)一種可以在環(huán)境溫度和壓力下使用的方法，該過程所需的電能大大減少。

該研究的第一作者、橫濱國立大學(xué)的研究員Naoki Shida說:“這種方法為制藥和精細(xì)化學(xué)品的工業(yè)規(guī)模應(yīng)用提供了巨大的潛力，有助于減少碳排放和推進(jìn)可持續(xù)化學(xué)?！?/p>

這一過程使用水和可再生電力作為能源，與傳統(tǒng)方法對化石燃料的依賴形成對比。該方法的效率沒有受到影響，大規(guī)模產(chǎn)率為78%，進(jìn)一步證實(shí)了該技術(shù)具有合理的可擴(kuò)展性。

在電解過程中可能遇到的一個(gè)問題是電池電壓的增加，但這可以通過改進(jìn)AEM來緩解，或者最好是設(shè)計(jì)一個(gè)專門考慮有機(jī)電合成的AEM。

電催化加氫技術(shù)要想流行起來并發(fā)揮作用，就需要達(dá)到工業(yè)規(guī)模，供制藥和精細(xì)化工企業(yè)使用。該技術(shù)應(yīng)用越多，越容易過渡到其他含氮芳香族化合物，進(jìn)一步體現(xiàn)了電催化加氫工藝的實(shí)用性。

理想情況下，這種方法將成為化學(xué)工業(yè)中使用的傳統(tǒng)方法的替代方案，并最終減少化學(xué)制造業(yè)留下的總體碳足跡。

日本同步輻射研究所使這項(xiàng)研究成為可能。