Kaedah penyediaan dimetil karbonat

Dimetil karbonat (DMC) adalah perantaraan kimia penting yang digunakan secara meluas dalam pelbagai industri, termasuk farmaseutikal, agrokimia, dan sebagai pelarut hijau. Permintaan untuk proses mesra alam telah mendorong penyelidik untuk meneroka pelbagai kaedah untuk mensintesis DMC. Artikel ini akan meneroka utamaKaedah penyediaan dimetil karbonat, Memberi tumpuan kepada kepentingan industri, kemampanan, dan daya maju ekonomi mereka.

1.Sintesis berasaskan Phosgene

Dari segi sejarah, pengeluaran dimetil karbonat terlibat phosgene, gas toksik dan berbahaya. Tindak balas berlaku antara phosgene (coclbium) dan metanol (CH₃OH), menghasilkan dimetil karbonat dan hidrogen klorida (HCl) sebagai hasil sampingan:

[COCl2 2CH3OH → (CH3O)2CO 2HCl]

Walaupun kaedah ini digunakan secara meluas pada masa lalu kerana kimia yang berterus terang, ia tidak lagi disukai kerana risiko alam sekitar dan keselamatan yang berkaitan dengan phosgene, gas yang sangat toksik. Generasi korosif HCl juga merumitkan pengurusan sisa, yang memerlukan proses pelupusan dan rawatan yang mahal. Oleh itu, walaupun laluan ini kimia boleh dilaksanakan, ia adalah yang dihentikan atas nama alternatif yang lebih hijau.

2.Carbonylation oksidatif metanol

Salah satu kaedah moden yang paling biasa untuk menyediakan dimetil karbonat adalahCarbonylation oksidatif metanol. Kaedah ini melibatkan tindak balas metanol, karbon monoksida (CO), dan oksigen (oknown) ke atas pemangkin berasaskan tembaga atau berasaskan palladium. Tindak balas diwakili seperti berikut:

[2CH3OH CO 1/2O→ 2 (CH3O)2CO H_2O]

Kaedah ini adalah mendapatkan penting kerana ia mengelakkan penggunaan reagen toksik seperti phosgene. Satu-satunya produk sampingan adalah air, menjadikannya proses yang lebih mesra alam. Kelebihan utama kaedah ini termasuk kecekapan atom yang tinggi dan kesederhanaan relatif. Walau bagaimanapun, menguruskan keadaan tindak balas, seperti kawalan tepat suhu dan tekanan, adalah penting untuk memastikan hasil yang tinggi dan kestabilan pemangkin.

Proses carbonylation oksidatif telah diterima pakai dalam operasi berskala besar kerana manfaat alam sekitar dan keserasian dengan infrastruktur sedia ada untuk pemprosesan metanol.

3.Transesterification Ethylene karbonat atau propelin karbonat

Satu lagi pendekatan yang mampan kepadaPenyediaan dimetil karbonatAdalah transesterification ethylene karbonat atau propelin karbonat dengan metanol. Tindak balas hasil seperti berikut:

[ (C2H4O2)CO 2CH3OH → (CH3O)2CO C2H6O_2]

Dalam kaedah ini, ethylene karbonat (EC) atau propelin karbonat (PC) bertindak balas dengan metanol untuk menghasilkan dimetil karbonat dan ethylene glycol (EG) atau propelin glycol (PG) sebagai produk bersama. Kaedah ini amat menarik kerana DMC dan glycols adalah produk yang berharga. Ethylene glycol, sebagai contoh, merupakan komponen utama dalam formulasi antifreeze dan pengeluaran poliester.

Kaedah ini juga dianggap sebagai pilihan yang lebih mesra alam kerana ia menggunakan perantaraan karbon dioksida (EC atau PC). Kelemahannya ialah ketersediaan etilena atau propilena karbonat boleh mengehadkan skala kaedah ini, dan termodinamik tindak balas memerlukan pemangkin yang dioptimumkan untuk mencapai hasil yang tinggi.

4.Sintesis langsung dari karbon dioksida

Kaedah canggih untukPenyediaan dimetil karbonatAdalah sintesis yang langsung dari karbon dioksida (CO₂) dan metanol, menggunakan pemangkin. Tindak balas adalah seperti berikut:

[2CH3OH CO→ 2 (CH3O)2CO H_2O]

Kaedah ini telah mendapat faedah yang ketara disebabkan oleh potensi untuk menggunakan CO₂, gas rumah hijau, sekali gus menyumbang kepada teknologi tangkap dan penggunaan karbon (CCU). Walau bagaimanapun, tindak balas ini adalah dinamik mencabar, memerlukan pemangkin yang cekap untuk mengatasi halangan tenaga yang tinggi. Penyelidikan adalah berterusan untuk membangunkan pemangkin yang lebih cekap dan keadaan tindak balas, menjadikan ini proses perindustrian yang menjanjikan namun kini terhad.

Walaupun cabaran-cabaran ini, sintesis berasaskan cobalah langsung sangat menarik dari perspektif kemampanan. Apabila dioptimumkan sepenuhnya, ia boleh menawarkan kitaran karbon tertutup, mengurangkan jejak karbon keseluruhan pengeluaran DMC.

5.Kaedah elektrokimia

Dalam tahun-tahun kebelakangan ini,Kaedah elektrokimiaUntuk penyediaan dimetil karbonat telah diterokai. Teknik ini menggunakan sel-sel elektrokimia untuk memacu tindak balas antara karbon dioksida, metanol dan elektrik untuk menghasilkan DMC. Proses ini berlaku pada suhu ambien dan tekanan, menjadikannya alternatif yang cekap tenaga. Walau bagaimanapun, skalabilitas kaedah elektrokimia tetap menjadi cabaran utama, dan penyelidikan lanjut diperlukan untuk mengoptimumkan proses penggunaan perindustrian.

Kesimpulan

Secara ringkasnya, yangKaedah penyediaan dimetil karbonatTelah berkembang dengan ketara selama bertahun-tahun, beralih dari kaedah berasaskan phosgene kepada proses yang lebih mampan dan mesra alam. Carbonylation oksidatif metanol kini adalah kaedah perindustrian yang paling banyak digunakan kerana kecekapan dan kesan alam sekitar yang lebih rendah. Kaedah-kaedah baru muncul yang lain, seperti penggunaan langsung pendekatan cokemp dan elektrokimia, menawarkan kemungkinan yang menarik untuk pembangunan masa depan, diselaraskan dengan trend global ke arah pengeluaran kimia yang lebih hijau.

Sebagai peraturan alam sekitar mengetatkan dan industri bergerak ke arah amalan mampan, mencari kaedah yang lebih cekap, lebih hijau untuk mensintesis dimetil karbonat akan terus berkembang, memacu inovasi dalam pembangunan pemangkin dan pengoptimuman proses.