TỔNG HỢP HỮU CƠ TRONG DUNG MÔI XANH LÀ CO2 SIÊU TỚI HẠN

H

O

A

H

Ọ

C

X

A

N

GVGD: Mai Hùng Thanh Tùng

1

H


Thành viên nhóm 6

Hoàng Xuân
Ái

Phạm Thị Hòa

Nguyễn Thanh

Lâm Thị Mỹ

Bình

Hồng

Vũ Duy Hải

Lê Trúc Hòa

2


Chủ đề

TỔNG HỢP HỮU CƠ TRONG DUNG MÔI XANH LÀ CO2 SIÊU
TỚI HẠN

3


NỘI DUNG
I

Tổng quan về CO2 siêu tới hạn(sCO2)

II

Tổng hợp hữu cơ trong CO2 siêu tới hạn

III

CO2 vừa đóng vai trò là dung môi, vừa đóng vai trò là tác
chất

IV

Các phản ứng polymer hóa trong CO2 siêu tới hạn.
4


I. Tổng quan về CO2 siêu tới hạn

Cái nhìn chung dưới góc độ hóa học
xanh

Ưu điểm và hạn chế của CO2 siêu tới
hạn

Các tính chất hóa lý cơ bản của CO2
5


1.1 Cái nhìn chung

Thay thế dung

Cải tiến hiệu

Tác chất phản

môi

suất

ứng

Góc độ hóa học
xanh

6


1.2 ƯU ĐIỂM VÀ HẠN CHẾ CỦA CO2 SIÊU TỚI HẠN

•
•
•

Ưu điểm so với các phương pháp truyền thống
Tính chất hóa lý
Ưu điểm so với các dung môi khác

7


1.2.1 So sCO2 với phương pháp truyền thống

Chất lượng
cao

Không còn dung

Tách được hàm

môi dư

lượng cao

Không ô nhiễm

Công nghệ cao và
an toàn

8


1.2.2 Tính chất hóa lý
Sức căng bề mặt thấp

Độ nhớt thấp

Khả năng hòa tan tốt

Độ linh động cao

Tỉ trọng xấp xỉ chất lỏng

Khả năng khuyếch tán cao

9


1.2.3 So sánh sCO2 với dung môi khác
Rẻ tiền, dễ kiếm

Chất trơ

Không bắt lửa

Không ô nhiễm môi

Hóa hơi không có cặn

trường

độc hại

Không độc, không ăn

Điều chỉnh được các

mòn

thông số

Hòa tan tốt, độ chọn lọc
cao

10


1.2.4 Hạn chế của SCO2

II

I

Phải thực hiện ở áp
suất cao do đó nâng

III

sCO2 là dung môi kém
phân cực, nên chỉ hòa tan

Áp suất ảnh hưởng

tốt các tác chất và các xúc

nhiều đến lưu chất

tác kém phân cực

siêu tới hạn.

Lưu chất siêu tới hạn chỉ nên sử dụng khi phản ứng
ở điều kiện đó thực sự có những ưu điểm nổi bật

so với phản ứng ở điều kiện thường.

Mới áp dụng ở
quy mô phòng thí

cao giá thành

4

IV

nghiệm


Các chất tan tốt trong sCO2

-

Aldehyde, Ketone, Ester, Alcohol

-

Các chất khí như H2, O2, CO…

-

Các halogen-cacbon có phân tử lượng nhỏ và trung bình

-

Các hydrocacbon mạch thẳng không phân cực, phân tử lượng thấp và có mạch cacbon
dưới 20.

-

Các hydrocacbon thơm có phân tử lượng nhỏ

12


1.3 Các Tính chất hoá lý cơ bản của CO2 siêu tới hạn
1.3.1 Tính chất một số thông số hóa lý cơ bản

Lưu chất siêu tới hạn là một trạng thái vật
lý của một chất nào đó ở điều kiện nhiệt độ và áp
suất cao hơn nhiệt độ tới hạn (Tc ) và áp suất tới
hạn ( Pc ).

Giản đồ pha nhiệt độ - áp suất của CO2
13


1.3.2 Thông số hóa lý của CO2

Tên gọi

Carbon dioxide

Công thức hóa học

CO2 (cấu trúc phân tử: O=C=O)

Khối lượng phân tử
Thể tích ở điều kiện chuẩn

MCO2 = 44,011 kg/kmol
3
Vmn = 22,263 m /kmol

Hằng số khí

RCO2 = 0,1889 kJ/(kg.K)

Khối lượng riêng khí ở 273,15Kvà 1,013 bar

ρn = 1,977 kg/m

Nhiệt độ tới hạn

Tc = 304,15 K

Áp suất tới hạn

Pc = 73,83 bar

Khối lượng riêng tới hạn

ρc = 466 kg/m

Nhiệt độ thăng hoa

Ts = 194,25 K; Ps = 0,981 bar

Điểm ba

TT = 216,55 K; PT = 5,18 bar

3

3

14

Nhiệt độ phân hủy

>1473,15 K


1.3.3 CO2 ở trạng thái siêu tới hạn

Các hình chụp thể hiện sự biến mất dần về mặt phân chia pha
của CO2 khi tăng nhiệt độ và áp suất

a)

Bề mặt phân chia pha lỏng – khí còn rõ ràng

b)

Bề mặt phân chia pha mờ dần

c)

CO2 ở trạng thái siêu tới hạn đồng nhất

15


Khi đã đạt tới nhiệt độ và áp suất tới hạn thì không còn phân biệt được 2 pha nữa, đường phân cách cũng không còn, tạo 1

Tăng nhiệt độ cao hơn nữa sẽ làm cho tỉ trọng chất lỏng và khí gần nhau hơn, đường phân cách 2 pha vẫn tồn tại
nhiệt độ
đường
pharõ
mờ
dần
pha đồng Khi
nhất.tăngĐường
phân
chiaphân
2 phachia
lỏng2 khí
ràng.
nhưng khó quan sát

16


17

Bảng 4.2 So sánh tương đối một số thông số vật lý của một lưu chất ở trạng thái khí, trạng thái siêu tới hạn
và trạng thái lỏng

Tính chất

Khí

Siêu tới hạn

Lỏng

-3
10

0.4

1

Độ nhớt/Pas

-5
10

-4
10

-3
10

2 -1
Hệ số khuếch tán/cm .s

0.1

-3
10

-5
-6
10 - 10

Tỷ trọng/g ml

-1

Tỷ trọng:

Lỏng > Siêu tới hạn > Khí

Độ nhớt:

Lỏng > Siêu tới hạn > Khí

Hệ số khuếch tán:

Khí > Siêu tới hạn > Lỏng

18

Hình 4.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất lên tỷ trọng của CO2

19


Ví dụ: Sự phụ thuộc độ tan phần mol của benzoic acid trong SCO2 vào nhiệt độ và áp suất.

Hình 4.4 Sự phụ thuộc độ tan phần mol của benzoic acid trong SCO2 theo nhiệt độ và áp suất

20


1.4 Quá trình phân riêng trong lưu chất siêu tới hạn

Ngày nay:
Ngày xưa:

Sản phẩm là chất lỏng: để phân riêng sản phẩm ra
khỏi lưu chất siêu tới hạn là hạ nhiệt độ, và sau đó dùng
thêm phương pháp lọc hoặc bốc hơi loại dung môi

Sản

phẩm dạng rắn: làm nguội nhanh sẽ không

khống chế được dạng thù hình hoặc kích thước hạt của
vật liệu rắn thu được.

Có thể sử dụng một số kỹ thuật để kết tủa sản phẩm rắn

ra khỏi dung môi siêu tới hạn mà vẫn khống chế được các
đặc tính vật lý của sản phẩm.

Các kỹ thuật này bao gồm:
Giản nở nhanh– RESS.
 sử dụng lưu chất siêu tới hạn làm dung môi tạo ra sự kết
tủa.

 kỹ thuật phun phân tán thích hợp.

21


1.4.1 Kỹ Thuật RESS:
Ưu điểm:

Sản phẩm rắn hình thành có độ phân bố kích thước hạt

Được sử dụng nhiều trong các quá trình hình
thành các màng film mỏng, quá trình phân lập
các hợp chất cơ kim không bền dễ phân hủy.

Tổng

rất hẹp.

Quá trình RESS xảy ra nhanh và không cần phải sử
dụng đến điều kiện chân không.

Còn có thể được sử dụng để ổn định các phức cơ kim.

hợp được các vật liệu tổ hợp

(composite) bằng cách đồng kết tủa hỗn hợp các
chất rắn trong cùng một lưu chất siêu tới hạn
Nhược điểm:

Chỉ có thể áp dụng cho các chất có khả năng tan được
trong lưu chất siêu tới hạn.
22


4.7 Sơ đồ nguyên lý hệ thống RESS sử dụng cho nước siêu tới hạn
23


1.4.2 Quá trình phân riêng trong lưu chất siêu tới hạn

Hình 4.9 Sơ đồ nguyên lý hệ thống sử dụng lưu chất CO2 siêu tới hạn làm dung môi tạo ra sự kết tủa.

24


Nguyên lý hệ thống sử dụng lưu chất CO2 siêu tới hạn làm dung môi tạo ra sự
kết tủa.
- Điều khiển được nhiệt độ, tỷ trọng và lưu lượng của CO2 siêu tới hạn.
 Từ đó có thể khống chế được dạng thù hình và kích thước hạt của sản phẩm rắn
thu được. Khống chế được các thông số này là vấn đề hết sức quan trọng cho ứng
dụng phương pháp trong công nghiệp dược phẩm, vật liệu điện hay vật liệu xúc tác

25