Kimyagerler, Kimyasal Araştırma Maliyetlerini Azaltmak için Verimli Bir Termal Kamera İcat Etti
Fotoğraf: Geliştirilen tüp içinde reaktör kullanılan reaksiyon kurulumu: (A)- kullanıma hazır reaktör; (B)- demonte reaktör; (C)- naylon astar; (D) —termal kamera ve tüp-içi reaktör şeması ve ilgili iki aşamalı kimyasal reaksiyon. DOI: 10.3390/ijms23052763
St. Petersburg Üniversitesi’nden bilim insanları, Rusya Bilimler Akademisi ND Zelinsky Organik Kimya Enstitüsü’nden araştırmacılarla birlikte, harici ısıtıcılar kullanmadan verimli reaksiyonlar sağlayan bir tüp içi reaktör geliştirdiler. Bu yaklaşım, kimyasal araştırmalar için enerji maliyetlerini önemli ölçüde azaltır.
Kimyasal reaksiyonlar, ısı salınımı (ekzotermik) veya ısı tüketimi (endotermik) ile devam edebilir. İlk durumda, ortaya çıkan termal emisyonlar genellikle dağılır. Bununla birlikte, emilim için ek ısı gerektiren ikinci tip reaksiyonları başlatmak için kullanılabilirler. Kimyagerler tarafından geliştirilen yapı, ikinci reaksiyonu başlatmak için salınan ısı enerjisinin kullanılmasına izin veren bir termos gibi görünüyor.
Bilim insanları, kalsiyum karbür hidrolizinin -kalsiyum bileşiği ve karbonun su ile etkileşiminin- etkin reaksiyonunu sağlayan özel bir tüp-içi reaktör geliştirdiler. Günümüzde kalsiyum karbür, gaz halindeki asetilen elde etmek ve bunu asetik asit, etil alkol, plastik, kauçuk reçinesi ve hatta jet motorları üretmek için endüstride aktif olarak kullanılmaktadır.
Reaktör, 3D baskılı naylonla basılmış bir birleştirme parçası ile bağlanmış bir dış tüp ve iç tüpten oluşur. Tüpler birbirine temas etmez. Bu yapı, sözde bir ısıtma termosunun oluşturulmasına yardımcı olur. Isıtıcılar, iki tüp arasındaki boşlukta veya reaktörün “duvarında” bulunur.
Etkili bir reaksiyon gerçekleştirmek için araştırmacılar, tüpler arasındaki boşluğa kalsiyum karbür granülleri yerleştirdiler, bir çözücü ve su ekleyerek karıştırdılar. Karışım ısıtıldı ve ortaya çıkan ısı, içindeki reaktifler arasındaki endotermik reaksiyonu başlatarak iç kısma girdi. Araştırmacılar, harici ısıtıcılar kullanmadan daha düşük enerji tüketimi ile iki tür reaksiyon gerçekleştirebildiler.
Serbest bırakılan ve emilen ısı, gerçek zamanlı modda reaksiyon sırasında cihazın içindeki sıcaklıkta bir değişiklik olduğunu gösteren bir termal görüntüleme cihazı ile kaydedildi.
Reaktördeki termal etkinin, solvent türüne olduğu kadar su ve karbür miktarına bağlı olduğu ortaya çıktı. Bu nedenle, cihazın “duvarı” az miktarda su (sadece %5) ve çok miktarda solvent içeriyorsa, neredeyse hiç ısı salınımı tespit edilmedi. Aksine, su miktarının %50’ye ve daha fazlasına yükseltilmesi, sıcaklığın yalnızca beş dakika içinde 90°С’ye kadar hızlı bir artışa neden olmaktadır.
St. Petersburg Üniversitesi Küme Analizi Laboratuvarı’nda araştırma görevlisi olan baş araştırmacı Konstantin Rodygin, “Kalsiyum karbür, harici ısı kaynakları olmadan reaksiyonları başlatabilir. Geliştirdiğimiz ‘tube-in-tube’ cihazı, gerektiğinde hidroliz hızını kontrol etmeye ve değiştirmeye yardımcı olur. Cihaz örneğin asetilen elde etmek için endüstride kullanılabilir. Karbüre su eklenmesi o kadar fazla ısı üretir ki salınan asetilen polimerleşir ve işe yaramaz hale gelir. Solvent ve su karışımları bu süreci yavaşlatabilir, istenmeyen polimerizasyonu durdurabilir ve ısıyı daha verimli bir şekilde uzaklaştırabilir” diyor.
Araştırmanın sonuçları International Journal of Molecular Science Dergisi’nde yayınlanmıştır.
St. Petersburg Üniversitesi’ndeki kimyagerlerden oluşan araştırma grubu, ayrıca karbondioksit emisyonlarını azaltan karbon nötr üretim döngüsü için bir strateji üzerinde de çalışıyor.
Kaynak: phys.org
