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如何更加环保高效地制备尼龙6-6?科学家尝试用铁来替代锌进行化学反应

前瞻网    2021-08-24 09:58

 

如何更加环保高效地制备尼龙6-6?科学家尝试用铁来替代锌进行化学反应

从室外体育场座椅、滑雪板固定器、轮胎加固物,到其他对强度、耐用性和耐候性要求比较高的产品,都是由一种被称为尼龙6-6的尼龙制成。然而,生产尼龙6-6的过程对环境十分不友好——需要使用濒危元素锌作为催化剂。现在,研究人员已经为这一步开发了“更环保”的方法,使用替代金属。他们甚至可以用铁锈或氧化铁形式的废铁代替锌。

该研究题为'Investigating alternative metals for Zinc for the first step of Nylon 6-6 synthesis using green as well as conventional techniques'。研究人员将在美国化学学会 (ACS) 秋季会议上展示他们的结果。

“根据ACS绿色化学研究所的估计,锌距离灭绝只有50到100年的时间,”在会议上介绍这项工作的本科生Amina Aly说,“目前,制造商使用锌作为还原剂和催化剂,从反式-1,2-二溴环己烷制备环己烯,这是尼龙6-6五步合成的第一步。”

“尼龙”是一系列合成聚合物的总称,称为聚酰胺,由重复单元制成。不同类型的尼龙,如尼龙6和尼龙6-6,使用不同的构建块,因此具有独特的性能。尼龙6-6之所以如此命名,是因为它由两个分子组成,每个分子都有六个碳原子,它们作为重复单元连接在一起。

为了寻找锌的替代品,奥古斯塔大学Brian Agee博士实验室的Aly研究了元素周期表中附近具有相似化学性质的其他金属。其他标准是金属需要比锌更丰富并且可以安全使用。

该团队选择研究钴、铝、铁、铜和镍作为生产环己烯的可能催化剂。在众多选择当中,铁是迄今为止测试过的最好的催化剂,其产率仅略低于锌。

此外,研究人员还想找出更环保的方法,既能节省能源和水,又能减少刺激性化学品的使用。因此,他们采用了太阳能反射盘而不是电热板和节水冷凝器来代替常规冷凝器。此外,该团队还更换了丙二醇 对于更危险的乙二醇作为节水冷凝器中的传热剂,它可以冷却反应,而无需像常规冷凝器那样连续流动冷水。

太阳能表现出枪金的加热性能——在室外用太阳能反射器进行合成只需要30分钟,而在实验室中使用热板需要3-4小时。研究人员还发现,增加回流时间——将反应加热特定时间并使用冷凝器连续冷却产生的蒸汽以将其转化变回液体形式——从15分钟到30分钟大大增加了产量。“由于我们使用的是太阳的辐射能,因此我们不会因额外加热而浪费电力,”Agee指出。研究人员说他们的方法可以可轻松用于尼龙6-6的工业化制造。

虽然铁是一种丰富的金属,但Aly和Agee想尝试用一种更加环保的铁废料来催化反应,这种废料可以在任何金属被留在外面弄湿的地方找到:氧化铁或铁锈。目前为止,他们仍然在持续进行尝试和试验。

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