Размещено на http://www.allbest.ru/

Факультет нефти и нефтехимии

Кафедра технологии основного органического и нефтехимического синтеза

Реферат По дисциплине:

«Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза»

На тему: «Химические процессы с использованием «зеленых» растворителей»

Выполнил: студент 1 курса

гр.411-МИ Закирова М.Г.

Проверил: Рахматуллин Р.Р.

Содержание

Введение

Органические солнечные элементы, переработанные из зеленых растворителей

Список используемых источников

Введение

В настоящий момент идет смена административных методов, которые предназначены для контроля над качеством выбросов, а также к снижению образованных вредных веществ, к принципиально новейшим способам - способам «зеленой» химии. К этой технологии с точки зрения химика могут быть отнесены любые усовершенствования технологических процессов, положительно влияющих на окружающую среду. Научное направление, названное «зеленой химией» образовалось в конце 20 века и стремительно переместилось на первый ряд задач, стоящих перед химическим сообществом. Новые схемы химических процессов и реакций, разрабатывающихся во многих странах мира, должны кардинально снизить отрицательное влияние на окружающую среду крупных химических производств. Влияние химических рисков, которые возникают при использовании агрессивных веществ, химики-производственники стараются уменьшить, ограничивая контакты работников с этими веществами. Однако, зеленая химия предлагает совершенно иную стратегию - избирательный отбор схем процессов и материалов, которые вообще не допускают использование вредных веществ. С помощью зеленой химии можно снизить материальные затраты на производство, так как отбрасывается необходимость ликвидации и переработки побочных продуктов, использованных растворителей и других отходов. Уменьшение количества технологических ступеней приводит к экономии энергии, что позитивно влияет на экономическую и экологическую характеристику производства.

Также зеленая химия предусматривает смену растворителей в производственных процессах. Растворители необходимы, так как они выполняют роль транспортировки (удаление грязи, разведение красок), а также смешивание компонентов. Помимо этого, растворители могут доставлять и относить теплоту, а также контролировать реакционную способность веществ. На сегодняшний день в основном используются летучие органические растворители, на основе нефти. Поэтому, они ограничены в ресурсах и небезопасны (пожароопасность, токсичность). Возможно ли избавиться от них? Во-первых, можно вообще не использовать растворитель. Во-вторых, можно в качестве растворителя взять воду, биоразлагающиеся «зеленые» растворители, ионные и сверхкритические растворители. зеленый растворитель химический солнечный

Идеальные альтернативные растворители, подходящие для «зеленой» экстракции, должны иметь высокую растворяющую способность, высокие температуры вспышки, низкую токсичность и низкое воздействие на окружающую среду, должны быть легко биоразлагаемыми, получение из возобновляемых (не нефтехимических) ресурсов по разумной цене и должны легко перерабатываться без какого-либо вредного воздействия на окружающую среду. Поиск идеального растворителя, отвечающего всем вышеупомянутым требованиям, является сложной задачей, поэтому решение об оптимальном растворителе всегда будет компромиссным в зависимости от процесса, установки и целевых молекул. Цель этого всестороннего обзора -- представить яркую картину современных знаний об альтернативных экологически чистых растворителях, используемых как в лабораториях, так и в промышленности для экстракции натуральных продуктов, уделяя особое внимание оригинальным методам, инновациям, протоколам и разработке безопасных продуктов.

«То, что вы видите, это то, что вы извлекаете», в этом предложении Чой и Верпоорте указали, что экстракция растворителем является одним из наиболее важных этапов подготовки образцов для фитохимического анализа, но мы также можем обобщить это на промышленное производство путем экстракции ароматов, красителей, антиоксидантов, жиров и масел, тонких химикатов для пищевой, косметической, парфюмерной и фармацевтической промышленности. Растворители для экстракции представляют собой в основном летучие органические соединения, получаемые из невозобновляемых ресурсов, в основном на основе нефти, и предположительно вредны как для здоровья человека, так и для окружающей среды. Одним из таких широко используемых растворителей является н-гексан, продукт контролируемой фракционной перегонки нефтяных смесей. Основным преимуществом таких растворителей является простота производства и химические свойства, которыми они обладают, которые придают им идеальные функциональные свойства, особенно с точки зрения растворимости различных продуктов, включая растительные масла. Тем не менее, гексан производится из ископаемых источников и недавно был классифицирован как CMR3, что означает, что он является предположительно репротоксичным веществом категории 2 в соответствии с Европейскими директивами и правилами регистрации, оценки, разрешения и ограничения химических веществ (REACH). Из-за нового акцента на защите окружающей среды и безопасности, а также развития «зеленой» химии поиск растворителей, альтернативных растворителям, полученным из нефти, стал серьезной проблемой для химиков.

В этом обзоре излагаются современные знания об альтернативных экологически чистых растворителях, используемых как в лабораториях, так и в промышленности для извлечения натуральных продуктов, с акцентом на оригинальные методы, инновации, протоколы и разработку безопасных продуктов. Следует отметить, что это не означает автоматического полного устранения всех опасностей и проблем, связанных с внедрением процесса, поскольку новая модификация процесса автоматически влечет за собой новые риски.

Экстракция без растворителей. Как отметили Кертон и Мариотт в своем заявлении «самый экологичный растворитель с точки зрения сокращения отходов -- это не растворитель», мы всегда должны спрашивать себя, действительно ли нам нужен растворитель. Одним из самых известных способов экстракции без использования растворителей, восходящим к древности, является извлечение оливкового масла путем механического прессования. Оливковое масло извлекают из плодов оливкового дерева с помощью только физических действий, включая измельчение плодов оливы, а также смешивание и отделение оливкового масла от полученной пасты. Этот метод имеет много преимуществ, таких как совместная экстракция липофильных и гидрофильных соединений, липидов с природными антиоксидантами, которые ингибируют самоокисление липидов, а также большое количество летучих и нелетучих соединений, отвечающих за аромат и вкус. В 18 веке холодный отжим также использовался для экстракции эфирных масел, точнее эссенций, присутствующих в кожуре цитрусовых. Холодное прессование или отжим -- это метод, который зародился на Сицилии и Калабрии, а затем использовался во всех странах, выращивающих цитрусовые. Он заключается в разбавлении околоплодника или «цедры» (также называемой флаведо) таким образом, чтобы эссенция, содержащаяся в масляных мешочках, выстилающих кожуру фрукта, вытекала наружу для извлечения каким-либо устройством.

В последние годы большой интерес вызвала разработка безрастворных методов для модернизации традиционных процессов, основанных в настоящее время на экстракции нефтяным растворителем. Преимущества бессольвентной экстракции многочисленны:

I. снижение затрат и рисков, связанных с использованием органических растворителей;

II. содействие расширению масштабов;

III. повышение безопасности за счет снижения риска избыточного давления и взрыва.

Несколько методов, таких как мгновенный контролируемый перепад давления (DIC), импульсные электрические поля (PEF) и микроволновое облучение (MW), используются для успешного проведения безрастворительной экстракции первичных и вторичных метаболитов (эфирные масла, ароматизаторы, пищевые масла, антиоксиданты, и другие органические соединения).

Это инновационные методы, которые позволяют проводить экстракцию практичным и эффективным способом, сокращая время экстракции с нескольких часов до нескольких минут, поскольку отсутствует дистилляция растворителя, ограничивающая стадия процессов. Они исключают последующую очистку сточных вод и обычно потребляют лишь часть энергии, используемой в традиционном методе экстракции нефтяным растворителем.

Например, микроволновая экстракция без растворителя (SFME) использует свежие растительные материалы без добавления какого-либо растворителя. Принцип экстракции заключается в следующем: клетки водного растения стимулируются внутренним нагревом, производимым под действием микроволнового излучения, поэтому немедленный нагрев приводит к последующему повышению давления и температуры внутри растительной клетки, что приводит к растяжению клеточных стенок и, в конечном итоге, к их разрушению и разрушению. высвобождение целевого клеточного содержимого (рис.1)

Органические солнечные элементы, переработанные из зеленых растворителей

Основные моменты

Ш Токсичные и/или неустойчивые растворители влияют на воздействие на окружающую среду органических солнечных элементов, обработанных раствором.

Ш Выбор растворителя изменяет морфологию тонкой пленки и эффективность преобразования энергии органических солнечных элементов с объемным гетеропереходом.

Ш Текущие исследования делают успехи в использовании нехлорированных и неароматических растворителей.

Ш Основное внимание уделяется структурной модификации материалов в сторону большей растворимости в полярных средах.

Ш Переход на нефуллереновые акцепторы может снизить ограничения по растворимости.

Органические солнечные элементы, обработанные раствором, иллюстрируют проблемы, связанные с обработкой р-сопряженных полупроводников из устойчивых полярных растворителей. Выбор условий обработки сильно влияет на самосборку сложной многокомпонентной морфологии, необходимой для эффективной генерации и извлечения заряда. Высокая эффективность преобразования энергии была достигнута с использованием различных материалов и растворителей, но больший упор на обработку зеленых растворителей может сделать органические солнечные элементы конкурентоспособными по сравнению с альтернативами солнечной энергии, которые основаны на значительно более токсичных составах.

Зеленые растворители используются для создания эффективных органических солнечных батарей.

Органические солнечные элементы менее дороги в производстве и более гибкие, чем аналоги из кристаллического кремния, но они не обеспечивают такого же уровня эффективности или стабильности. Исследователи продемонстрировали, что люминесцентные акцепторные молекулы можно использовать для повышения эффективности.

Небольшая гостевая молекула в нужном месте позволяет производить энергоэффективные органические солнечные элементы с использованием экологически чистых растворителей. Демонстрируется рекордная эффективность более 17%. Кроме того, могут быть изготовлены солнечные элементы большей площади.

Разработка органических солнечных элементов ускоряется, и максимальная энергоэффективность, достигаемая солнечными элементами лабораторного производства, в настоящее время составляет более 18%. Энергоэффективность солнечных элементов измеряет, сколько энергии солнечного света преобразуется в полезную энергию. Считается, что органические солнечные элементы имеют предел эффективности около 24 процентов.

Органические фотоэлектрические элементы достигли эффективности, близкой к 11%, но ограничения эффективности и долгосрочная надежность остаются значительными препятствиями. В элементах OPV, в отличие от большинства неорганических солнечных элементов, используются молекулярные или полимерные поглотители, что приводит к локализованному экситону.

Одна из задач состоит в том, чтобы создать органические солнечные элементы, достаточно стабильные, чтобы прослужить десять и более лет. Другая проблема заключается в том, что наибольшее количество энергии получают солнечные элементы, изготовленные в растворах, содержащих токсичные растворители с низкой температурой кипения. Из-за низкой температуры кипения раствор слишком быстро испаряется в процессе производства. Использование более экологически чистых растворителей с более высокой температурой кипения сразу же снижает энергоэффективность. Эту загадку пытаются решить исследователи со всего мира.

Эти проблемы теперь решены в рамках совместного проекта, возглавляемого исследователями из Университета Линчепинга в Швеции и Университета Сучжоу в Китае. Им удалось создать солнечный элемент с энергоэффективностью более 17%, используя раствор с высокой температурой кипения и без токсичных ингредиентов. Кроме того, обработанный зеленым растворителем солнечный модуль площадью 36 см² имеет эффективность преобразования энергии более 14%. Это самый высокий показатель эффективности для модулей органических солнечных элементов с активной площадью более 20 см². Оба эти прорыва имеют решающее значение для достижения коммерческого успеха технологии органических солнечных элементов в больших масштабах.

Производительность органических солнечных элементов неуклонно улучшалась. Когда фотоны солнечного света поглощаются органическим полупроводниковым донором, возникает «возбужденное состояние». Электроны переходят на более высокий энергетический уровень, создавая дырки на более низком энергетическом уровне, к которому они все еще притягиваются. Электроны освобождаются не полностью, и фототок не генерируется. Исследователи провели эксперименты, в которых они добавили различные акцепторные материалы, которые принимают электроны и позволяют им становиться свободными, что приводит к фототоку.

Y6, новый акцепторный материал, разработанный китайскими исследователями несколько лет назад, может обеспечить высокую эффективность органических солнечных элементов. В результате исследования, описанного в этой совместной публикации, была идентифицирована гостевая молекула, известная как BTO, которая гарантирует, что молекулы Y6 в солнечном элементе упакованы таким плотным и стабильным образом в зеленых растворителях, что фототок может эффективно генерироваться. Включение BTO позволяет производить солнечные элементы большей площади с высокой эффективностью.

Список используемых источников

1. https://qsstudy.com/green-solvents-are-used-to-create-efficient-organic-solar-cells/;

2. Семчиков Ю.Д. Высокомолекулярные соединения, Учебник, М. Академия, 2003

3. Кулезнев В.Н., Шершнев В.А. Химия и физика полимеров: Учебник М.: КолосС, 2007

4. Шевченко, В.С. Топливные присадки: МТБЭ на пике потребления в России [Электронный ресурс] // Вестник химической промышленности. URL: http://vestkhimprom.ru/posts/toplivnye-prisadki-mtbe-na-pike-potrebleniya-v-rossii.

5. Кирпичников, П.П. Альбом технологических схем основных производств промышленности синтетического каучука: учеб. пособие для вузов / П.П. Кирпичников, В.В. Береснев, Л.М. Попова. 2-е изд., перераб. Л.: Химия, 1986. 224 с.

6. Кирпичников П.А., Лиакумович А.Г., Победимский Д.Г., Попова Л.М. Химия и технология мономеров для синтетических каучуков, Химия 1981 г.;

7. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза, Химия 1971 г.;

8. Павлов С.Ю. Выделение и очистка мономеров для синтетического каучука. Л.: Химия, 1983. С. 128--135.

Размещено на Allbest.ru