Eine bessere Möglichkeit, Acryl herzustellen

8. Februar 2019 | Kim Krieger – UConn Communications

Forscher von UConn und ExxonMobil beschreiben ein neues Verfahren zur Herstellung von Acryl, das die Energieeffizienz steigern und giftige Nebenprodukte reduzieren würde.

Acryl und die eng verwandten Acrylate sind die Bausteine ​​für viele Arten von Kunststoffen, Klebstoffen, Textilien, Farbstoffen, Farben und Papieren. Jetzt beschreiben Forscher von UConn und ExxonMobil ein neues Verfahren zur Herstellung von Acryl, das die Energieeffizienz steigern und giftige Nebenprodukte reduzieren würde. (Getty Images)

Acrylfarben sind eine unglaublich vielfältige und nützliche Familie von Chemikalien, die in allen Arten von Produkten verwendet werden, von Windeln bis hin zu Nagellack. Jetzt beschreibt ein Forscherteam von UConn und ExxonMobil ein neues Verfahren zu ihrer Herstellung. Die neue Methode würde die Energieeffizienz steigern und giftige Nebenprodukte reduzieren, berichten sie in der Ausgabe von Nature Communications vom 8. Februar.

Der Weltmarkt für Acrylsäure ist riesig. Nach Angaben der Industriegruppe PetroChemicals Europe wurden im Jahr 2013 weltweit fast 5 Millionen Tonnen davon verbraucht. Kein Wunder, denn Acryl und die eng verwandten Acrylate sind die Bausteine ​​für viele Arten von Kunststoffen, Klebstoffen, Textilien, Farbstoffen, Farben und Papieren. In langen Ketten aneinandergereiht lassen sich daraus allerlei nützliche Materialien herstellen. Mit Natriumhydroxid gemischtes Acrylat ergibt beispielsweise ein superabsorbierendes Material, das in Windeln verwendet wird. Fügen Sie zusätzliche Methylgruppen hinzu (Kohlenstoff plus drei Wasserstoffatome), und Acrylat ergibt Plexiglas.

Die derzeitigen industriellen Verfahren zur Herstellung von Acryl erfordern hohe Temperaturen von etwa 200 °C (450 °F) und erzeugen unerwünschte und manchmal schädliche Nebenprodukte wie Ethylen, Kohlendioxid und Blausäure.

Der UConn-Chemiker Steve Suib, Direktor des Instituts für Materialwissenschaften der Universität, und Kollegen von UConn und ExxonMobil haben eine neue Methode zur Herstellung von Acryl bei milden Temperaturen entwickelt. Ihre Technik kann fein abgestimmt werden, um die Produktion unerwünschter Chemikalien zu vermeiden.

„Wissenschaftler von ExxonMobil Research & Engineering haben in Zusammenarbeit mit der Gruppe von Professor Suib an der UConn neue Technologien erforscht, die die Energieintensität senken, Schritte überspringen, die Energieeffizienz verbessern und den CO2-Fußabdruck im Produktionsprozess von Acryl verringern können“, sagt Partha Nandi, eine Chemikerin bei ExxonMobil. „Die aktuelle Veröffentlichung in Nature Communications beschreibt die Entdeckung eines neuen Weges zur Herstellung einer Klasse von Acrylatderivaten in möglicherweise weniger Schritten und mit weniger Energie.“

Die Technik verwendet einen porösen Katalysator aus Mangan und Sauerstoff. Katalysatoren sind Materialien, die zur Beschleunigung von Reaktionen eingesetzt werden. Oft bieten sie den Molekülen eine Oberfläche, auf der sie sitzen können, während sie miteinander reagieren, und helfen ihnen, sich in der richtigen Konfiguration zu treffen, um die Tat auszuführen. In diesem Fall übernehmen die Poren diese Rolle. Die Poren sind 20 bis 500 Angström breit und damit groß genug, dass auch ziemlich große Moleküle hineinpassen. Die Manganatome im Material können ihre Elektronen mit benachbarten Sauerstoffatomen austauschen, wodurch die richtigen chemischen Reaktionen leichter ablaufen können. Abhängig von den Ausgangszutaten kann der Katalysator alle Arten von Acryl und Acrylaten mit sehr wenig Abfall ermöglichen, sagt Suib.

„Wir hoffen, dass dies ausgeweitet werden kann“, sagt er. „Wir wollen die Ausbeute maximieren, die Temperatur minimieren und einen noch aktiveren Katalysator herstellen“, der dazu beitragen soll, dass die Reaktion schneller abläuft. Die Gruppe stellte außerdem fest, dass die Zugabe einer kleinen Menge Lithium ebenfalls zur Beschleunigung beitrug. Sie untersuchen derzeit die genaue Rolle von Lithium und experimentieren mit Möglichkeiten zur Verbesserung des Mangan- und Sauerstoffkatalysators.

Diese Forschung wurde vom US-Energieministerium, Office of Basic Energy Sciences, Division of Chemical, Biological, and Geological Sciences im Rahmen des Zuschusses DE-FG02-86ER13622.A000 sowie von ExxonMobil finanziert.