Phương Trình Hoá Học

CO2 siêu tới hạn là gì?

CO2 ở trạng thái lỏng hoặc trạng thái siêu tới hạn là một trong những môi trường phản ứng được lựa chọn để thay thế cho các dung môi hữu cơ thông thường, bên cạnh các dung môi là chất lỏng ion và các hệ dung môi chưa nước. Việc sử dụng môi trường phản ứng mới này khoog những chỉ với mục đích giải quyết vấn đề độc hại và ô nhiễm môi trường, mà còn liên quan đến việc điều khiển ảnh hưởng của dung môi lên quá trình phản ứng.

Tìm kiếm khái niệm hóa học

Hãy nhập vào khái niệm bất kỳ để bắt đầu tìm kiếm

CO2 ở trạng thái lỏng hoặc trạng thái siêu tới hạn là một trong những môi trường phản ứng được lựa chọn để thay thế cho các dung môi hữu cơ thông thường, bên cạnh các dung môi là chất lỏng ion và các hệ dung môi chưa nước. Việc sử dụng môi trường phản ứng mới này khoog những chỉ với mục đích giải quyết vấn đề độc hại và ô nhiễm môi trường, mà còn liên quan đến việc điều khiển ảnh hưởng của dung môi lên quá trình phản ứng. Thật ra việc sử dụng CO2 siêu tới hạn trong công nghệ đã được khởi xướng từ lâu, và tổng hợp hữu cơ trong CO2 siêu tới hạn ra đời muộn hơn các ứng dụng khác của CO2 siêu tới hạn. Một cách tổng quát, việc sử dụng CO2 siêu tới hạn làm dung môi sẽ cho phép thực hiện quá trình tổng hợp hữu cơ xanh hơn ở ba khía cạnh: (i) thay thế dung môi hiện tại bằng dung môi xanh hơn, (ii) cải tiến hiệu suất, cải tiến độ chọn lọc cho phản ứng, kết hợp với hạn chế đến mức thấp nhất năng lượng sử dụng, và (iii) đồng thời sử dụng luôn CO2 làm tác chất cho phản ứng. Cụ thể hơn, dưới góc độ Hóa học xanh, việc sử dụng CO2 siêu tới hạn làm dung môi cho tổng hợp hữu cơ sẽ mang lại những thuận lợi như sau (2):

- Dung môi trên cơ sở CO2 siêu tới hạn không độc hại, không gây cháy nổ, và có chi phí thấp hơn so với các dung môi hữu cơ thông thường. Do đó, việc sử dụng CO2 siêu tới hạn làm dung môi cho tổng hợp hữu cơ sẽ hạn chế đến mức thấp nhất những vấn đề liên quan đến độc hại, cháy nổ, ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên, dung môi chưa phải là động lực hoàn toàn cho quá trình, mà việc sử dụng CO2 siêu tới hạn sẽ có thêm những thuận lợi được trình bày tiếp theo đây.

- Các chất khí như H2, O2, CO... thường rất ít tan trong dung môi hữu cơ thông thường. Tuy nhiên, chúng lại có khả năng tan tốt hơn nhiều lần trong CO2 siêu tới hạn. Ví dụ, ở nhiệt độ 50oC, nồng độ H2 trong một hỗn hợp siêu tới hạn gồm có H2 ở áp suất 85 bar và CO2 ở áp suất 120 bar là 3,2 M; trong khi nồng độ H2 trong tetrahydrofuran (THF) ở cùng áp suất chỉ vào khoảng 0,4M. Khả năng hòa tan khí cao như vậy sẽ thúc đẩy các phản ứng có sử dụng khí như hydrogen hóa, oxy hóa, carbonyl hóa... xảy ra nhanh hơn.

- Sử dụng CO2 siêu tới hạn sẽ tăng cường quá trình truyền khối trong hệ phản ứng. Thật vậy, lưu chất siêu tới hạn nói chung và CO2 siêu tới hạn nói riêng có nhiều tính chất vật lý tương tự như trường hợp các chất khí, ví dụ như có độ nhớt thấp, khả năng khuếch tán cao hơn đáng kể so với các dung môi hữu cơ thông thường khác. Do đó, CO2 siêu tới hạn có khả năng tăng cường tốc độ phản ứng, đặc biệt là các phản ứng thuộc khuếch tán khống chế. 

Dung môi CO2 có các chất vật lý có thể điều chỉnh được theo yêu cầu. Khả năng nén cao của lưu chất siêu tới hạn đã cho phép yêu cầu. Khả năng nén cao của lưu chất siêu tới hạn đã cho phép điều chỉnh được tỷ trọng của nó. Do đó, có thể điều chỉnh được các thông số vật lý phụ thuộc vào tỷ trọng như hằng số điện môi, độ nhớt, hay cũng có thể nói điều chỉnh được tính chất dung môi bằng cách chỉ cần thay đổi nhiệt độ và áp suất của hỗn hợp. Từ đó, có thể khống chế phản ứng theo hướng tăng hiệu suất cũng như tăng độ chọn lọc bằng cách chỉ cần thay đổi một ít điều kiện vận hành. 

- CO2 siêu tới hạn có độ bền với các tác nhân oxy hóa do CO2 không thể nào tiếp tục bị oxy hóa thành các sản phẩm ở trạng thái có số oxy hóa cao hơn. Do đó, nó là dung môi lý tưởng cho các phản ứng oxy hóa xúc tác. Bên cạnh đó, khả năng dẫn nhiệt của CO2 siêu tới hạn tốt hơn một cách đáng kể so với các dung môi hữu cơ thông thường. Vì vậy, CO2 siêu tới hạn cũng là dung môi lý tưởng cho các phản ứng tỏa nhiệt mạnh. 

- Một ưu điểm nổi bật của CO2 siêu tới hạn là khả năng tạo điều kiện thuận lợi cho việc phân riêng sản phẩm, thu hồi và tái sử dụng xúc tác - đặc biệt là các xúc tác phức kim loại chuyển tiếp đắt tiền. Có thể thực hiện các quá trình phân riêng dễ dàng bằng cách giảm áp suất hoặc nhiệt độ để đưa CO2 về dạng khí. Bằng cách điều khiển quá trình giảm áp suất thích hợp, có thể tách lần lượt sản phẩm phản ứng, tác chất dư chưa tham gia phản ứng, xúc tác. Nhờ đó, quá trình phân riêng đơn giản, ít tốn kém, và ít chất thải hơn so với các quá trình phân riêng truyền thống.

- Một ưu điểm khác của việc sử dụng CO2 siêu tới hạn làm dung môi phản ứng là khả năng kéo dài tuổi thọ của xúc tác, đặc biệt là các xúc tác trên cơ sở kim loại chuyển tiếp. Nguyên nhân của điều này là do CO2 siêu tới hạn có khả năng hòa tan các chất có khả năng đầu độc xúc tác dễ dàng, từ đó giúp cho xúc tác giữ được hoạt tính lâu hơn và tuổi thọ xúc tác được kéo dài. 

 

Tổng số đánh giá:

Xếp hạng: / 5 sao

Các khái niệm hoá học liên quan

ESTE

Đối với hợp chất hữu cơ, este là một trong những dẫn xuất của axit cacboxylic. Khi thay thế nhóm OH ở nhóm cacboxyl (-COOH) của axit cacboxylic bằng nhóm OR thì được este.

Xem chi tiết

Enzim

Enzym còn gọi là men là chất xúc tác sinh học có thành phần cơ bản là protein.Trong cuộc sống sinh vật xảy ra rất nhiều phản ứng hóa học, với một hiệu suất rất cao, mặc dù ở điều kiện bình thường về nhiệt độ, áp suất, pH. Sở dĩ như vậy vì nó có sự hiện diện của chất xúc tác sinh học được gọi chung là enzyme. Như vậy, enzym là các protein xúc tác các phản ứng hóa học. Trong các phản ứng này, các phân tử lúc bắt đầu của quá trình được gọi là cơ chất, enzym sẽ biến đổi chúng thành các phân tử khác nhau. Tất cả các quá trình trong tế bào đều cần enzym. Enzym có tính chọn lọc rất cao đối với cơ chất của nó. Hầu hết phản ứng được xúc tác bởi enzym đều có tốc độ cao hơn nhiều so với khi không được xúc tác. Có trên 4 000 phản ứng sinh hóa được xúc tác bởi enzym. Hoạt tính của enzym chịu tác động bởi nhiều yếu tố. Chất ức chế là các phân tử làm giảm hoạt tính của enzym, trong khi yếu tố hoạt hóa là những phân tử làm tăng hoạt tính của enzym.

Xem chi tiết

Khái niệm và đặc điểm hợp chất hữu cơ

Hợp chất hữu cơ là hợp chất chứa cacbon trừ một số hợp chất cacbon vô cơ như oxit cacbon, muối cacbonat, xianua và cacbua kim loại. Ngành hóa học chuyên nghiên cứu về hợp chất hữu cơ được gọi là ngành hóa học hữu cơ.

Xem chi tiết

Điện phân

Sự điện phân là quá trình oxi hóa khử xảy ra ở bề mặt các điện cực khi có dòng điện một chiều đi qua chất điện li nóng chảy hoặc dung dịch chất điện li. Như vậy, sự điện phân là quá trình sử đụng diện năng để tạo ra sự biến đổi hóa học.

Xem chi tiết

Liên kết hóa học

Liên kết hóa học là một trong những vấn đề cơ bản của hóa học.Có thể hiểu một cách đơn giản, liên kết hóa học là lực, giữ cho các nguyên tử cùng nhau trong các phân tử hay các tinh thể. Sự hình thành các liên kết hóa học giữa các nguyên tố để tạo nên phân tử được xét từ trong các thuyết đơn giản, thô sơ thời cổ đại cho tới các thuyết hiện đại ngày nay.

Xem chi tiết
Xem tất cả khái niệm hoá học