아디프산의 제조 방법

아디프산은 나일론-6,6 생산, 식품 첨가물 및 가소제와 같은 다양한 산업 분야에서 널리 사용되는 중요한 디카르복실산입니다. 아디프산의 제조 방법을 이해하는 것은 품질, 비용 효율성 및 환경 발자국에 직접적인 영향을 미치기 때문에 중요합니다. 이 기사는 화학 메커니즘, 장점 및 한계에 초점을 맞추면서 전통적인 접근 방식과 현대적인 접근 방식을 포함하여 아디프산을 생산하는 데 사용되는 몇 가지 방법을 탐구합니다.

1. 시클로 헥산의 전통적인 산화

시클로 헥산의 산화대규모 산업 공정에서 주로 사용되는 아디프산 생산의 가장 잘 확립 된 방법 중 하나입니다.

메커니즘 및 프로세스:

이 프로세스는 일반적으로시클로 헥산의 공기 산화두 단계로:

1. 부분 산화: 시클로 헥산은 먼저 고온 (150-165 ° C) 에서 코발트 또는 망간 촉매의 존재 하에서 산소를 사용하여 시클로 헥사놀 및 시클로 헥사논 (KA 오일) 으로 산화됩니다.
2. 질산 산화: KA 오일 혼합물은 농축된 질산 (HNO3) 을 사용하여 추가로 산화된다. 질산은 산화제로 작용하여 시클로 헥사놀과 시클로 헥사논을 아디프산으로 전환시키는 동시에 부산물로 아질산 가스를 생성합니다.

장점:

• 높은 수율: 이 방법은 전형적으로 95% 이하의 순수한 아디프산을 산출한다.
• 설립 된 기술: 업계에서의 광범위한 채택으로 인해 규모의 경제 및 기존 인프라의 혜택을받습니다.

제한:

• 환경 문제: 이 공정은 지구 온난화에 기여하는 강력한 온실 가스 인 아산화 질소 (N2O) 를 방출합니다. 이 부산물을 처리하면 비용과 복잡성이 추가됩니다.
• 에너지 집약적: 고온 요구 사항은 에너지 소비를 증가시켜 프로세스를 덜 지속 가능하게합니다.

2. 아디프산의 바이오 기반 생산

최근 몇 년 동안 초점은아디프산의 바이오 기반 제조 방법보다 환경 친화적이고 지속 가능합니다. 이 과정은 재생 가능한 바이오 매스를 아디프산으로 전환시키기 위해 유전자 조작 미생물을 포함합니다.

메커니즘 및 프로세스:

• 미생물 발효: 와 같은 여러 공학 미생물대장균과Saccharomyces cerevisiae, 글루코스 또는 다른 바이오매스-유래 당을 발효시키는데 사용된다. 이러한 미생물은 당을 시스, 시스-무콘산과 같은 중간 생성물로 효율적으로 전환하도록 변형되었으며, 이는 추가로 화학적으로 아디프산으로 수소화됩니다.

장점:

• 지속 가능성: 바이오 기반 생산은 화석 연료에 대한 의존도를 줄이고 아산화 질소와 같은 유해한 배출을 최소화합니다.
• 재생 가능한 자원: 바이오매스 또는 폐기물을 공급원료로 사용하면이 방법은 순환 경제에서 매력적입니다.

제한:

• 낮은 수율 및 확장성: 전통적인 방법에 비해 바이오 기반 접근 방식은 아직 개발 단계에 있으며 수율이 낮습니다. 산업 수요를 충족시키기 위해 이러한 프로세스를 확장하는 것은 여전히 어려운 일입니다.
• 비용: 현재, 바이오계 아디프산은 특화된 설비 및 공급원료 취급에 대한 필요성 때문에 더 비싸다.

3. 시클로 헥센의 직접 촉매 산화

아디프산 제조의 또 다른 대체 방법은시클로 헥센의 직접 촉매 산화. 이 공정은 루테늄 또는 팔라듐과 같은 금속 촉매의 존재하에 산화제로서 분자 산소를 사용하여 시클로헥센을 아디프산으로 산화시키는 것을 포함한다.

메커니즘 및 프로세스:

• 시클로헥센은 온화한 온도 (50-70 ℃) 에서 촉매의 존재 하에 분자 산소에 노출된다. 산소는 시클로헥센 구조에 혼입되어 최소 부산물로 직접 아디프산을 형성한다.

장점:

• 녹색 화학: 이 방법은 질산과 같은 유해 화학 물질의 사용을 제거하고 아산화 질소의 배출을 크게 줄입니다.
• 낮은 에너지 소비: 반응은 더 온화한 조건에서 발생하여 필요한 전체 에너지 입력을 줄입니다.

제한:

• 촉매 비용: 촉매로서 귀금속을 사용하면 공정 비용이 많이 든다.
• 제한된 산업 채택: 이 방법은 실험실 환경에서 가능성을 보여 주지만 확장 성 문제로 인해 아직 산업 규모에서 널리 채택되지 않았습니다.

4. 다른 신흥 방법

여러아디프산 준비의 새로운 방법지속 가능성과 비용 효율성 향상에 중점을 둡니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.

• 전기 화학 산화: 전기 화학 세포를 사용하여 시클로 헥산 또는 기타 공급 원료를 아디프산으로 산화시켜 잠재적으로 저에너지 녹색 공정을 제공합니다.
• 광촉매 과정: 이들은 빛 에너지와 광촉매를 사용하여 시클로 헥산과 같은 탄화수소의 산화를 유도하며 환경에 미치는 영향을 최소화합니다.

장점:

• 혁신 잠재력: 이 방법은 녹색 화학의 최첨단에 있으며 아디프산 생산의 탄소 발자국을 크게 줄일 수 있습니다.

제한:

• 초기 단계 개발: 이러한 방법 중 상당수는 여전히 연구 및 파일럿 테스트 단계에 있으며 산업 생산을 위해이를 확장하는 데 여전히 어려움이 있습니다.

결론

요약하면,아디프산의 제조 방법시클로 헥산의 전통적인 산화에서보다 지속 가능한 바이오 기반 및 촉매 공정으로 크게 발전했습니다. 각 방법에는 환경 영향에서 경제적 생존 가능성에 이르기까지 고유 한 장점과 과제가 있습니다. 산업이 배출량을 줄이고 지속 가능성을 높이는 데 계속 집중함에 따라 바이오 기반 및 촉매 산화 공정과 같은 대체 방법이 아디프산 생산의 미래에 더 중요한 역할을 할 가능성이 높습니다.