Wetenschappers van de Universiteit van Sint-Petersburg hebben samen met de onderzoekers van het N.D. Zelinsky Instituut voor Organische Chemie van de Russische Academie van Wetenschappen een buis-in-buisreactor ontwikkeld die zorgt voor efficiënte reacties zonder het gebruik van externe verwarmers. Deze aanpak verlaagt de energiekosten aanzienlijk bij het uitvoeren van chemisch onderzoek.

De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in het International Journal of Molecular Science .

Chemische reacties kunnen verlopen met warmteafgifte (exotherm) of met warmteverbruik (endotherm). In het eerste geval verdwijnen de resulterende thermische emissies vaak. Ze kunnen echter worden gebruikt om de reacties van het tweede type op gang te brengen waarvoor extra warmte nodig is voor absorptie. De structuur die door de chemici is ontwikkeld, lijkt op een thermoskan die het gebruik van vrijgekomen warmte-energie mogelijk maakt om de tweede reactie op gang te brengen.

De wetenschappers ontwikkelden een speciale buis-in-buisreactor die zorgt voor een efficiënte reactie van de hydrolyse van calciumcarbide - interactie van calciumverbinding en koolstof met water. Tegenwoordig wordt calciumcarbide actief gebruikt in de industrie om gasvormig acetyleen te verkrijgen en dit te gebruiken voor de productie van azijnzuur, ethylalcohol, plastic, rubberhars en zelfs straalmotoren.

De reactor bestaat uit een buitenbuis en een binnenbuis die verbonden zijn door een verbindingsdeel dat met nylon is bedrukt door een 3D-geprinte verbinding. De buizen komen niet met elkaar in contact. Deze structuur helpt bij het creëren van een zogenaamde verwarmingsthermos. De verwarmers bevinden zich in de ruimte tussen de twee buizen of in de "wand" van de reactor.

Om een ​​effectieve reactie uit te voeren, plaatsten de onderzoekers korrels calciumcarbide in de ruimte tussen de buizen, voegden een oplosmiddel en water toe en mengden het. Het mengsel werd verwarmd en de resulterende warmte ging naar het binnenste deel en startte een endotherme reactie tussen de reagentia erin. De onderzoekers waren in staat om twee soorten reacties uit te voeren met een lager energieverbruik zonder gebruik te maken van externe kachels.

De vrijgekomen en geabsorbeerde warmte werd geregistreerd met een warmtebeeldcamera, die een verandering in temperatuur in het apparaat tijdens de reactie in realtime-modus liet zien.

Het bleek dat het thermische effect in de reactor afhankelijk is van het type oplosmiddel, maar ook van de hoeveelheid water en carbide. Dus als de "wand" van het apparaat weinig water (slechts 5%) en veel oplosmiddel bevatte, werd er bijna geen warmteafgifte gedetecteerd. Het verhogen van de hoeveelheid water tot 50% en meer leidt daarentegen binnen vijf minuten tot een snelle temperatuurstijging tot 90 °С.

"Calciumcarbide is in staat om reacties op gang te brengen zonder externe warmtebronnen. Het door ons ontwikkelde 'tube-in-tube'-apparaat helpt de hydrolysesnelheid te regelen en indien nodig te wijzigen. Het kan in de industrie worden gebruikt om bijvoorbeeld acetyleen te verkrijgen. Het toevoegen van water aan carbide genereert zoveel warmte dat het vrijgekomen acetyleen polymeriseert en onbruikbaar wordt. Mengsels van oplosmiddelen en water kunnen dit proces vertragen, de ongewenste polymerisatie stoppen en de warmte op een efficiëntere manier afvoeren", zegt Konstantin Rodygin, hoofdonderzoeker , Onderzoeksmedewerker bij het Laboratorium voor Clusteranalyse aan de Universiteit van St. Petersburg.

De onderzoeksgroep van chemici van de Universiteit van St. Petersburg werkt ook aan een strategie voor een koolstofneutrale productiecyclus die de uitstoot van kooldioxide vermindert. + Verder verkennen

Een nieuwe strategie voor een groener gebruik van calciumcarbide