حلال ها در شیمی سبز

در سال هاي گذشته، حلال هاي متداول مانند کلروفلوروکربن ها و ترکیبات آلی فرار، مشکلات زیست محیطی فراوانی را به بار آورده اند و مصرف آن ها به شدت تحت قوانین نظارتی قرارگرفته است، بنابراین توسعه حلال-ها و محیط هاي انجام واکنش هاي شیمیایی که داراي خصوصیات مورد نظر در شیمی سبز باشند، از نظر صنعتی و آزمایشگاهی به شدت مورد توجه قرار گرفته اند. همچنین بالابردن بهره ی فرایندها، ایجاد محصولات جدید با درجه خلوص بالاتر، انعطاف پذیري واحدهاي صنعتی و افزایش طول عمر کاتالیزگر هاي مصرفی از دیگر مزایاي استفاده ازحلال هاي سبز بشمار می آیند. بدیهی است مواردي نیز مانند کمبود اطلاعات فنی، قیمت تمام شده، ریسک پذیر و فناوري هایی که کارامدي آن ها قطعی نشده، از جمله موانع مهم محسوب می شوند. در درجه اول چنانچه بتوان یک واکنش شیمیایی را بدون استفاده ازحلال انجام داد، بهترین وضعیت موجود حاصل گشته است، ولی در اکثر مواقع تحقق این امر دشوار به نظر می رسد. دیگر حلال هاي قابل استفاده درصنایع شیمیایی، به ترتیب دارا بودن مشخصات تعریف شده در شیمی سبز شامل: حلال آب، حلال هاي اکسیژن دار (مانند الکل ها، کتون ها، استرها و اترها)، هیدروکربن هاي الیفاتیک (مانند سیکلوهگزان)، هیدروکربن هاي آروماتیک (مانند زایلین ها)، حلال هاي کلردار و حلال هاي پرخطر براي لایه ازن (مانند انواع کلروفلوروکربن ها) می باشند. روشن است که استفاده از حلال هاي سمی و سرطان زا (مانند بنزن) در کل فاقد رعایت اصول شیمی سبز بوده و می بایست از مصرف آن ها به هر نحو ممکن پرهیز گردد.

کاتالیزگر در شیمی سبز

کاتالیزگر، گونه ای است که سرعت واکنش را افزایش می دهد. کاتالیزگر ها با فروش سالانه
12 میلیارد دلار، بخش مهمی از تجارت در صنایع شیمیایی بوده و با رشدي معادل 5 تا 10 درصد در سال مواجه هستند. انجام فرایندهاي شیمیایی به وجود کاتالیزگرها وابسته بوده و هم اکنون، 80 درصد صنایع شیمیایی جهان با گردش مالی حدود 14000 میلیارد دلار از کاتالیزگرهاي مختلف سود می برند. کاتالیزگرها، انجام فرایندها را ممکن ساخته، بهره را افزایش داده و فرایندها را زیست سازگار، اقتصادي و ایمن می نمایند. کاتالیزگرها در تولید انواع سوخت، مواد شیمیایی، حفاظت از محیط زیست، بهداشت ودرمان، کشاورزی، صنایع غذایی و تولید بسیاري از مواد شیمیایی دیگر نقش کلیدي دارند. استفاده از کاتاليزورها به دلیل کاهش استفاده از مواد، افزايش صرفه جويي اتمي و کاهش مصرف انرژي به عنوان يکي از اصول اساسي شيمي سبز مي باشد. طراحی کاتالیزگرهاي جدید همگن و یا ناهمگن و استفاده از آن ها در فرایندهای شیمیایی، اهداف دو جانبه حفاظت از محیط زیست و ارتقا منافع اقتصادی را به طور هم زمان تحقق می بخشد. طراحی محصولات شیمیایی و فرایندهایی که تولید و استفاده از مواد شیمیایی خطرناك را کاهش می دهند و یا حذف می کنند دستاوردي است که در تمامی جنبه هاي شیمی کاربرد دارد و همواره درصدد ارائه روش های سنتزی ایمن، دوست دار محیط زیست و سلامت انسان است. با تاثیر شگرفی که کاتالیزگرها بر انجام فرایندهاي شیمیایی دارند، روشن است که تا چه حد می توانند بر تحقق اصول 12 گانه شیمی سبز، یاری رسان باشند. بهبود و توسعه فناوري هاي ساخت کاتالیزگرهاي بهینه در مجموعه فرایندهاي شیمیایی به عنوان یکی از اصلی ترین زمینه هاي گسترش شیمی سبز شناخته شده است.
هدف شیمیدانان، تولید کاتالیزگری با فعالیت و بهره بالا، گزینش پذیری کامل، قابلیت جداسازی و بازیابی از مخلوط واکنش، مصرف انرژی کم و عمر بالا است. عملکرد کاتالیزگر با کنترل متغیرهایی همچون اندازه، ساختار، توزیع فضایی و الکترونی، ترکیب سطح، پایداری گرمایی و شیمیایی می تواند تعیین شود [7].
در شيمي سبز سه پارامتر مهم جهت ارزش گذاري بر روي کاتاليزورها از نظر تجاري و سبز بودن وجود دارد كه عبارتند از:
1. فعالیت بر حسب عدد عملکرد
2. فعالیت بر حسب بسامد عملکرد (گردش کاری)
3. گزینش پذیری
عدد عملکرد شامل تعداد مولکول های محصول تولید شده به ازای هر مولکول کاتالیزگر است و بسامد عملکرد، عدد عملکرد در واحد زمان است. جنبه مهم دیگر هر فرایند کاتالیزگری، سهولت جداسازی مواد از کاتالیزگر است. در یک طبقه بندی کلی کاتالیزگرها به دو دسته ی همگن و ناهمگن تقسیم می شوند.
o کاتالیزگر همگن
کاتالیزگر همگن با واکنش دهنده ها هم فاز می باشد. به بیان دیگر، ذرات کاتالیزگر همگن می توانند به راحتی در مخلوط واکنش حل شوند. کاتالیزگر همگن در واکنش مصرف شده و مجددا تولید (بازیابی) می شود. فعالیت بسیار بالا، گزینش پذیری و بهره خوب، از مزایای این گونه از کاتالیزگرها می باشد. بهبود در عملکرد کاتالیزگرهای همگن می تواند با اتصال گروه های متفاوت آلی و معدنی به ذره اصلی فراهم شود. مشکل اصلی در کاتالیزگرهای همگن در آنجاست که پس از اتمام واکنش، جداسازی کاتالیزگر حل شده از مخلوط نهایی کار ساده ای نیست. این مشکل به ویژه در زمانی که کاتالیزگر در مقادیر کم مصرف می شود، خود یک چالش بزرگ است.

کاتالیزگر ناهمگن
کاتالیزگر ناهمگن، با واکنش دهنده ها در یک فاز نیست. اندازه و خصوصیت ذرات کاتالیزگر ناهمگن به صورتی است که به راحتی در محیط واکنش حل نمی شود؛ از این رو فعالیت آن محدود می گردد (بهره کل واکنش کاهش می-یابد). برخلاف کاتالیزگرهای همگن، کاتالیزگرهای ناهمگن به راحتی (با صرف هزینه، زمان و مواد کمتر) از مخلوط واکنش جدا می شوند و موجب ناخالصی محصولات نمی گردند. استفاده از کاتالیزگرهای ناهمگن، در راستا و مطابق اهداف شیمی سبز بوده، و با استفاده از علم شیمی، می توان انواع مختلفی از کاتالیزگرها را به بسترهای جامدی مانند بسترهای معدنی، دانه های مغناطیسی و یا انواع پلیمرها متصل کرد و از این طریق کاتالیزگرهای سبزتری به دست آورد.

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *