为了减少化学制造业对环境的影响，开发更环保的方法来生产广泛使用的化合物的化学成分至关重要。制造过程对环境的影响最大、最强烈，这已不是什么秘密，化学制造行业在能源消耗和排放产出方面都位居榜首。 虽然化工产品在日常生活中的大规模使用使这一现象变得合情合理，但从可持续发展的角度来看，它仍有许多不足之处。 通过关注可再生能源和制造一些最常用化合物化学构件的替代方法，研究人员希望通过一些绿色创新来减少化学制造业的足迹。
阴离子交换膜反应器将吡啶氢化为哌啶。 资料来源：横滨国立大学
研究人员于10月7日在《美国化学学会学报》上发表了他们的研究成果。
这项研究的重点是环胺，因为环胺是精细化学品最重要的组成成分。 这些化合物呈环状排列，其中有一个氮原子。 其中的主角之一是吡啶，它的衍生物是哌啶，这是一种在精细化学工业中非常重要的环状胺。 例如，哌啶为许多材料提供了框架，如美国 FDA 批准的药物、杀虫剂和人们生活中使用的日常材料。
向含氮环胺中添加氢气的典型方法是使用氢气作为质子和电子源。 氢化工艺依赖于通过甲烷（一种主要的温室气体）的蒸汽转化获得氢气。 这种方法不仅能耗高，而且造成的二氧化碳排放量约占全球总量的 3%。 这一过程还高度依赖化石燃料，需要消耗大量能源。 幸运的是，研究人员通过开发阴离子交换膜（AEM）电解槽找到了解决这一问题的方法。
AEM 电解槽可在常温常压下对不同种类的吡啶进行氢化，而无需像传统方法那样使用酸性添加剂。 电解槽的工作原理是将水分解成氢原子和氧原子。 然后将获得的氢原子加入环状化合物中。 AEM 电解槽在处理其他含氮芳烃时也表现出很强的通用性，使其在广泛的应用领域大有可为。 此外，通过开发一种可在常温常压下使用的方法，该工艺所需的电能也大大减少。
这项研究的第一作者、横滨国立大学研究员 Naoki Shida 说："这种方法为制药和精细化工领域的工业规模应用提供了巨大潜力，有助于减少碳排放和推进可持续化学。"
该工艺使用水和可再生电力作为能源，与传统方法依赖化石燃料形成鲜明对比。 这种方法的效率并没有受到影响，大规模的产量百分比为 78%，进一步证实了这种技术可以合理地扩展。 可能会遇到的一个问题是电解过程中电池电压会升高，但这可以通过改进 AEM 或最好是在设计 AEM 时特别考虑到有机电合成来缓解。
电催化加氢技术要想普及并发挥作用，就必须能够扩展到工业规模，以便制药和精细化工公司使用。 这种技术使用得越多，就越容易过渡到用于其他含氮芳香化合物，从而进一步体现电催化加氢工艺的实用性。 在理想情况下，这种方法将成为化学工业中传统方法的替代品，进而减少化学制造过程中留下的总体碳足迹。
编译自/SciTechDaily
