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                萊伯泰科合成實驗室解決方案帶您步入綠色化學新時代

                2022-06-06 [67]
                人類文明發展史中,科學水平的提升速度與人類生存環境的健康問題永遠是相互纏繞的矛盾話題。然而科學發展是永遠不可能停滯不前的,化學作為自然科學中非常實用的科學手段,其研究內容遍布材料、能源、環保、生命科學等各個領域,在社會文明發展與人類日常生活中發揮著極其重要的作用?;瘜W領域中的化學合成是化學工藝中最重要的組成部分,化學合成的登臺極大地提高了國民生活水平,但同時傳統合成工藝過程給環境和人類健康帶來了極大的挑戰。合成實驗室的發展也即將隨著時代需求的提升而蛻變升華——綠色化學將是有機合成未來的著陸方向!

                綠色化學又稱環境無害化學(environmentally benign chemistry)、環境友好化學(environmentally friendly chemistry)、清潔化學(clean chemistry),即減少或消除危險物質的使用和產生的化學產品和工藝的設計。綠色化學可減少或杜絕有害物質的使用或產生,最大限度地減少或消除化學原料、試劑、溶劑和產品的危害,從源頭上減少污染,貫穿化學產品的整個生命周期,包括設計、制造、使用和最終處置。

                綠色化學與污染形成后進行處理(也稱為修復)不同,從一開始就阻止了有害物質的產生,這不僅可從根本上減少化學合成過程中給環境帶來的直接或間接污染,還可以避免接觸工藝的操作人員受到健康危害,從而大大提高環境和人員的雙重安全保障。因此,合成實驗室向綠色化學方向發展是不可阻擋的趨勢。

                很多國家已把“化學的綠色化”作為新世紀化學進展的主要方向之一。美國環保局定期舉辦綠色化學評選,對于 2022 年的評選,有一個新類別是表彰可以防止或減少溫室氣體排放的綠色化學技術。

                那如何提高化合物篩選效率,節能減排,提高產率?如何找到最優的連續反應條件,實現流動化學?如何減少反應時間,提高反應效率,使難反應的體系獲得產物?如何在這些化學合成過程中實現綠色化學呢?

                萊伯泰科合成實驗室設備解決方案已走在了綠色化學的前端,為客戶解決了從基礎合成加熱裝置,攪拌裝置,到分離濃縮純化全面的產品。此外,微波合成儀和高通量反應平臺,具有節省反應時間,提高反應效率,實現固態合成和節約原料,高通量篩選工藝,多條件平行反應,流動化學反應等特點,是實現碳中和、綠色化學的利器。

                部分詳細解決方案如下所列:

                 





                一、高通量反應平臺


                 

                有機合成主要是合成天然界已經有的但數量很少的或者天然界沒有的物質。其中很重要一個領域就是藥物合成。合成藥物大大擴充了市場上的藥品儲備量,解決了藥品來源不足、成本較高和環境資源破壞的問題。通過改變有機物的內部結構的方式合成新藥物能針對性的“對癥下藥”,有機化學藥物合成為人類生存生活提供了更健康的生活保障。新藥研發過程需要大量的合成反應篩選活性化合物,因此高通量反應平臺應運而生。

                LabTech高通量反應平臺

                 

                該設備可以用于多種應用,如:
                1、合成反應篩選:通過平行測試開發新的化合物, 在一臺設備上提供 10 種單獨的反應器,設置不同的溫度曲線。同時可以配置氣體保護,磁力攪拌等附件。
                2、溶解度測試:對不同溶劑和溫度下的藥物化合物質量控制,優化合成放大過程的反應參數,同時集成濁度測量。
                3、化合物晶型研究:可實現高通量的10種不同的溫度曲線,自動控制飽和溫度,優化化合物晶體生長。
                優勢:

                ① 該設備選用半導體制冷和加熱,使用了高能效的精密部件,實現急速加熱和降溫,保證合成反應高效進行。


                 

                ② 可視化方法編輯,通過USB將操作曲線導入和導出,并且對接LIMS系統,實現數據電子化。

                ③ 實時參數顯示,一目了然,盡收眼底。

                高通量反應平臺大大提高了化合物篩選、合成的效率,是高通量合成實驗室的重要法寶。高通量反應平臺使用較小的反應體系,節省溶劑和材料消耗,連續反應配置可以實現流動化學合成,為綠色化學提供了實用工具。

                 





                二、微波合成


                 

                微波是由電場與磁場組成的電磁波,電磁能輻射是以粒子或波的形式由原子內部從高能狀態向低能狀態的躍遷而發出的。低能電磁輻射,如微波(MW)、無線電、TV,都是以長波形式出現。微波是指頻率為300 MHz~300 GHz、波長在1 mm~1 m之間的電磁波。微波合成技術已經在化學工業中得到了較為廣泛的應用,微波合成可分為無機合成與有機合成。在無機合成方面,微波主要用于燒結、燃燒合成和水熱合成。

                Milestone公司自1988年開始生產微波化學平臺至今已有30年歷史。其開創了高壓微波化學的時代,并不斷地把新技術引進微波化學領域。Milestone公司良好的產品和服務幫助客戶解決在樣品前處理領域所遇到的復雜問題與挑戰,成為當今著名的微波化學產品供應商。

                萊伯泰科提供自由靈活的多種功能組合:

                萊伯泰科微波合成優勢:

                 

                >> 微波大腔積,保證安全緩沖空間,同時可以容納多達1.5L的液體反應體積和2.7L固體反應體積。
                >> 強大的微波功率,雙磁控管總功率1900W。
                >> 良好的微波均勻性,楔形微波散射器技術,保證了微波的均勻性。
                >> 符合CFR21 Part11的,友好交互控制軟件,內置存儲多種控制方法曲線,可與LIMS連接上傳數據。

                 

                微波合成的應用文章:

                 

                1.《電化學專業雜志Electrochimica Aca》的一篇題為《類富勒烯金屬硫族化物的超快微波納米制造》 由太原理工大學羅居杰老師和奧本大學的張新宇教授合作發表應用固態微波法成功制備了一種高性能的NiO/MnO2@graphite電極材料。張新宇教授應用納米結構的導電聚合物為先驅體,在空氣,無溶劑的條件下,快速(3-5分鐘)成功地制備了納米碳材料(Zhang et al, Chem. Comm. 2006, 2477)。隨后,該課題組又對碳納米管的生長機制做了進一步研究,提出了一種全新的碳納米管制備方法:Poptube Approach (Liu et al, Chem. Comm. 2011, 9912-9914)。并在接續的工作中,成功地把固態微波法延伸到制備金屬氧化物/硫化物納米復合材料領域。2016年,該課題組通過微波法合成了富勒烯狀的金屬硫族化合物 (Liu et al, Sci. Rep. 2016, 6, 22503)。

                 

                2.青島科技大學化學與分子工程學院,賴建平教授通過微波合成部分碳化的導電MOF負載Ru用于高效析氫反應

                3.侯曉紅教授在,國際學術期刊《Anal. Chim. Acta》,發表標題為“Facile in situ microwave synthesis of Fe3O4@MIL-100(Fe) exhibiting enhanced dual enzyme mimetic activities forcolorimetric glutathione sensing” DOI: 10.1016/j.aca.2021.33

                8825通過微波輔助方法在20分鐘內原位快速合成Fe3O4@MIL-100(Fe)納米酶。

                4.安徽工業大學鄭睿教授,發表在《金屬功能材料》上的,《微波快速合成碲摻雜方鈷礦及其性能研究》采用微波快速合成得到晶粒尺寸1-10μm,結構致密,晶粒均勻的樣品。

                5.法國科學家Halima Sassi,微波合成法制備Al-Fe柱撐粘土催化劑《Wastewater treatment by catalytic wet air oxidation process over Al-Fepillared clays synthesized using microwave irradiation》Front. Environ. Sci. Eng. 2017, 12(1): 2。

                綜上,微波合成在微波輔助水合陽離子反應、固相合成催化劑、金屬配合物、電池等領域擁有非常廣泛的前景。微波合成可加快反應速度,提高產率,節省能源和原料,實現綠色化學的目標。

                 

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