In der chemischen Industrie ist Aceton ein wesentliches Element, das bei der Herstellung vieler Produkte wie Klebstoffe, Antibiotika, elektronische Komponenten, Lösungsmittel und Abbeizmittel, Tinten und Vitamine usw. verwendet wird. Seine Herstellung ist aufwendig und gefährlich.
Um diesen Prozess zu vereinfachen und ihn sicherer und kostengünstiger zu machen, haben Forscher in Brasilien und Deutschland eine innovative Methode entwickelt, die ausschließlich Licht und photoaktives Eisenchlorid (FeCl3), eine kostengünstige chemische Verbindung, verwendet.
Das Standardverfahren zur Herstellung von Aceton
Der Standardprozess zur Herstellung von Aceton, bekannt als Hock- oder Cumol-Prozess, umfasst mehrere Schritte. Propan, ein Erdölprodukt, wird in Propylen umgewandelt, ein leicht entzündliches Gas, das bei hoher Temperatur und hohem Druck mit Benzol und dann mit Sauerstoff zu Aceton reagiert.
Bei diesen Reaktionen entsteht auch Phenol, eine Verbindung, für die zwar eine geringere Nachfrage besteht, die jedoch kostspielig in wertschöpfende Stoffe umgewandelt werden kann.
Die alternative Methode wurde entwickelt
Die alternative Methode, die von Wissenschaftlern der Bundesuniversität São Carlos (UFSCar) und der Bundesuniversität Minas Gerais (UFMG) in Brasilien in Zusammenarbeit mit Kollegen am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Deutschland entwickelt wurde, basiert auf dem Oxidation von Propan und eine photokatalytische Reaktion unter Verwendung von Eisenchlorid als homogenem Katalysator in Gegenwart von Licht.
„ Wir haben herausgefunden, dass Eisenchlorid bei Bestrahlung mit bestimmten Wellenlängen das Chlorradikal erzeugt, das ein starkes Oxidationsmittel ist und die Bindung zwischen Kohlenstoff und Wasserstoff aufbricht [active la liaison C-H]Dabei entsteht ein Radikal, das in Gegenwart von Sauerstoff zur Bildung von Aceton führt “, erklärte Ivo Freitas Teixeira, Professor in der Chemieabteilung der UFSCar und Co-Autor des Artikels.
Vorteile des neuen Verfahrens
Zu den Vorteilen dieses Verfahrens gehört die Tatsache, dass es direkt abläuft (die Produktion von Propylen in Zwischenstufen vermeidet) und sicherer ist, da es keine Reaktionen mit Sauerstoff bei hoher Temperatur und hohem Druck sowie keine brennbaren und gefährlichen Zwischenprodukte erfordert. Darüber hinaus reduziert es den Energieverbrauch und die Kosten, da es weniger Schritte erfordert und bei Raumtemperatur (25 °C) stattfindet.
Bei den Experimenten wurden Leuchtdioden (LEDs) als Lichtquelle verwendet, die Forscher planen jedoch, künftig Sonnenlicht zu nutzen, um die Methode noch nachhaltiger zu machen.
Synthetik
Beim Nationalen Institut für gewerbliches Eigentum (INPI), dem brasilianischen Patentamt, wurde eine Patentanmeldung eingereicht und es werden Partnerschaften mit Unternehmen angestrebt, um das neue Verfahren zu entwickeln und zu kommerzialisieren.
„ Es könnte für die Acetonproduktion in der chemischen Industrie völlig disruptiv werden, die Sicherheit und Nachhaltigkeit verbessern und den Weg für die direkte Produktion von Aceton ebnen, was die Kosten senken und die Wettbewerbsfähigkeit steigern würde “, schloss Teixeira.
-
Die größten Herausforderungen seien der große Umfang der Prozesse in der petrochemischen Industrie und die Tatsache, dass es noch keine kommerziellen Photokatalysemethoden gebe.
-
Zum besseren Verständnis
1. Was ist Aceton und wofür wird es verwendet?
Aceton ist ein wesentlicher Bestandteil der chemischen Industrie und wird bei der Herstellung vieler Produkte verwendet, darunter Klebstoffe, Antibiotika, elektronische Komponenten, Lösungsmittel und Abbeizmittel, Tinten und Vitamine.
2. Was ist der Standardherstellungsprozess von Aceton?
Der Standardprozess zur Herstellung von Aceton, bekannt als Hock- oder Cumol-Prozess, umfasst mehrere Schritte und ist komplex und gefährlich.
3. Welche alternative Methode haben die Forscher entwickelt?
Die alternative Methode basiert auf der Oxidation von Propan und einer photokatalytischen Reaktion unter Verwendung von Eisenchlorid als homogenem Katalysator in Gegenwart von Licht.
4. Welche Vorteile bietet die neue Methode?
Die neue Methode ist direkter, sicherer, reduziert den Energieverbrauch und die Kosten und findet bei Raumtemperatur (25°C) statt.
5. Was sind die nächsten Schritte für diese Forschung?
Die Forscher wollen ein Patent anmelden, mit Unternehmen zusammenarbeiten, um das neue Verfahren zu entwickeln und zu kommerzialisieren, und die Forschung fortsetzen, um das Verfahren mit anderen Substanzen zu testen und Wege zu finden, es zu skalieren, um die industrielle Produktion und Produktion zu steigern.
Legende zur Hauptillustration: Die alternative Strategie basiert auf der Oxidation von Propan unter Verwendung von Eisenchlorid als homogenem Katalysator in Gegenwart von Licht. Bildnachweis: Vitor Gabriel Pastana
Ein von FAPESP finanzierter Artikel zu dieser Forschung wird in der Zeitschrift veröffentlicht ACS-Katalyse.
Referenz: „Direkte Synthese von Aceton durch aerobe Propanoxidation, gefördert durch photoaktives Eisen(III)-chlorid unter milden Bedingungen“ – DOI: 10.1021/acscatal.3c02092
[ Rédaction ]