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

H O

A

H Ọ C

X

A

N

H


Chủ đề

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


I

NỘI
Tổng quan vềDUNG
CO2 siêu tới
hạn(sCO2)

II

III

IV

Tổng hợp hữu cơ trong CO2
siêu tới hạn
CO2 vừa đóng vai trò là dung
môi, vừa đóng vai trò là tác chất
Các phản ứng polymer hóa trong
CO2 siêu tới hạn.


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


1.1 Cái nhìn chung
Thay thế
dung môi

Cải tiến
hiệu suất

Góc độ
hóa học
xanh

Tác chất
phản ứng


1.2 Ưu điểm và hạn chế của CO2 siêu tới hạn.
1.2.1 So sCO2 với phương pháp truyền thống
Chất
lượng
cao
Không
còn dung
môi dư

Không ô
nhiễm

Tách
được hàm
lượng cao

Công nghệ
cao và an
toàn


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

Không ô
nhiễm môi
trường

Chất trơ

Không độc,
không ăn mòn

Không bắt lửa

Hòa tan tốt, độ
chọn lọc cao

Hóa hơi không
có cặn độc hại
Điều chỉnh
được các
thông số


1.2.4 Hạn chế của sCO2
II

I
Phải

thực

hiện ở áp

suất cao do
đó

nâng

cao

giá

thành

III

sCO2 là dung
môi kém phân Áp suất ảnh
cực, nên chỉ hưởng nhiều
hòa tan tốt các
tác chất và các
xúc tác kém

đến lưu chất
siêu tới hạn.

IV
Mới
áp
dụng
ở
quy mô
phòng thí

nghiệm

phân cực

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.


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


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

1.3.2 Thông số hóa lý của CO2
Tên gọi
Công thức hóa học

Carbon dioxide
CO2 (cấu trúc phân tử: O=C=O)

Khối lượng phân tử
Thể tích ở điều kiện chuẩn
Hằng số khí
Khối lượng riêng khí ở 273,15Kvà 1,013 bar

MCO2 = 44,011 kg/kmol
Vmn = 22,263 m3/kmol
RCO2 = 0,1889 kJ/(kg.K)
ρn = 1,977 kg/m3

Nhiệt độ tới hạn
Áp suất tới hạn
Khối lượng riêng tới hạn
Nhiệt độ thăng hoa
Điểm ba
Nhiệt độ phân hủy

Tc = 304,15 K
Pc = 73,75 bar
ρc = 466 kg/m3
Ts = 194,25 K; Ps = 0,981 bar
TT = 216,55 K; PT = 5,18 bar

>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


Khi đãnhiệt
đạt tới
độ vànữa
áp suất
tới cho
hạn thì
khôngchất
còn phân
biệtkhí
được
2
Tăng
độnhiệt
cao hơn
sẽ làm
tỉ trọng

lỏng và
gần
Khiđường
tăng nhiệt
độ
đường
phân chia
2 pha
mờđồng
dần nhất.
pha nữa,
phân
cách
cũng
không
còn,
tạo
pha
phân
chia
22 pha
khí
rõ1 ràng.
nhau hơn, Đường
đường phân
cách
pha lỏng
vẫn tồn
tại
nhưng khó quan sát

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

Tỷ trọng/g ml-1

10-3

0.4

1

Độ nhớt/Pas

10-5

10-4

10-3

Hệ số khuếch

tán/cm2 .s-1

0.1

10-3

10-5 - 10-6

Tỷ trọng:

Lỏng > Siêu tới hạn > Khí

Độ nhớt:

Lỏng > Siêu tới hạn > Khí

Hệ số khuếch tán:

Khí > Siêu tới hạn > Lỏng


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


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

1.4 Quá trình phân riêng trong
lưu chất siêu tới hạn
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.

Ngày nay:
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.

1.4.1 Kỹ Thuật RESS:
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 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

Ưu điểm:
Sản phẩm rắn hình thành có độ
phân bố kích thước hạt 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.
Nhược điểm:
Chỉ có thể áp dụng cho các chất
có khả năng tan được trong lưu
chất siêu tới hạn.


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

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.


Nguyên lý hệ thống sử dụng lưu chất CO2
siêu tới hạn làm dung môi tạo ra sự kết tủa.
- Ưu điểm của phương pháp này có thể 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


Nội Dung 2

II.Tổng
hợp hữu
luận về
cơTiểu
trong
Hóa Học Xanh
CO2

siêu tới
hạn


2.1 Các phản ứng oxy hóa – khử

Hình 4.12. Một số phản ứng oxy hóa thực hiện trong CO2 siêu tới hạn


2.1 Các phản ứng oxy hóa – khử

Hình 4.14. Các phản ứng xảy ra trong quá
trình hydrogen hóa 1-phenylethanol thực
hiện trong CO2 siêu tới hạn

Hình 4.15. Các phản ứng xảy ra trong quá
trình hydrogen hóa 2-phenylethanol thực
hiện trong CO2 siêu tới hạn