Môi trường chân không cho phép phản ứng hóa học như thế nào Ngày 7 tháng 9 năm 2021

Cho dù mục tiêu của bạn là loại bỏ độ ẩm, oxy hay không khí, các kỹ thuật chân không đóng một vai trò quan trọng trong việc sản xuất và xử lý một loạt các hóa chất. Cung cấp một môi trường sạch sẽ và trơ để các phản ứng hóa học diễn ra là nền tảng để sản xuất các sản phẩm tinh khiết mà chúng ta dựa vào mỗi ngày.

Các kỹ thuật được gọi là 'không khí' được sử dụng bởi ngành công nghiệp hóa chất liên quan đến việc loại bỏ các chất phản ứng không mong muốn như nước, oxy và nitơ để tạo ra một môi trường mà trong đó chúng ta có thể chắc chắn rằng không có sản phẩm phụ không mong muốn nào được hình thành. Thông thường, các phân tử này được thay thế bằng khí trơ như Argon (hoặc trong trường hợp phản ứng kém hơn là N2) để đảm bảo không chỉ độ tinh khiết mà còn hiệu quả trong các quy trình sản xuất.

Có hai kỹ thuật chính được sử dụng trong phòng thí nghiệm của nhà hóa học để đạt được môi trường 'không khí', kỹ thuật đầu tiên được gọi là hộp đựng găng tay. Điều này liên quan đến việc loại bỏ các hạt khỏi thùng chứa lớn (thay thế bằng khí trơ) nơi găng tay được đeo để cho phép xử lý thiết bị trong điều kiện mong muốn. Cách phổ biến nhất để loại bỏ oxy khỏi thiết bị này là sử dụng chất xúc tác đồng. Bề mặt kim loại thu thập và lưu trữ các phân tử dưới dạng oxit đồng, loại bỏ chúng khỏi bất kỳ phản ứng nào có thể xảy ra. Một thiết bị điển hình được sử dụng để tạo chân không trong phương pháp này là bơm xoay Leybold TRIVAC D16B.

Kỹ thuật thứ hai là sử dụng đường Schlenk. Dụng cụ thủy tinh kín khí được kết nối bằng các khớp nối 'khớp nối nhanh' chặt chẽ được sử dụng để phản ứng với hóa chất, trong đó các chất phản ứng có thể được thêm vào bằng ống thông qua vách ngăn cao su để bịt kín lại sau khi đâm thủng. Kỹ thuật này cung cấp một hệ thống thao tác nhiều hơn, trong đó sự khéo léo được cải thiện so với hộp đựng găng tay. Loại hệ thống này sử dụng bơm chân không, chẳng hạn như bơm xoay TRIVAC D4B của Leybold để liên tục loại bỏ và phục hồi các phân tử trơ.

250.000 tấn Titan được sản xuất mỗi năm trên toàn thế giới và được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp từ kỹ thuật hàng không vũ trụ đến giả y tế. Hầu như tất cả titan tinh khiết được sử dụng trong công nghiệp đều được thu hồi từ Titanium Cloride (TiCl4), một chất được sản xuất bằng quy trình dây chuyền Schlenk. Phản ứng hóa học của sự hình thành này được thể hiện ở đây:

2FeTiO3 + 7Cl2 + 6C → 2TiCl4 + 2FeCl3 + 6CO

Nguồn titan được sử dụng trong phản ứng này là quặng sắt/titan được gọi là ilmenit. Titan trong phản ứng này phản ứng cao với oxy và nước (nhiều hơn clo) và do đó chúng phải được đẩy ra khỏi bất kỳ bình phản ứng nào. Thực hiện phản ứng này trong điều kiện chân không trơ cho phép sản xuất TiCl4 tinh khiết và không bị pha trộn, và nếu không có công nghệ này thì sẽ không thể sản xuất được.

Ngành công nghiệp hóa chất phụ thuộc vào các quy trình tối đa hóa năng suất, giảm thiểu chi phí và cung cấp vật liệu hiệu quả cho vô số mục đích sử dụng. Nếu không có công nghệ chân không, việc phát triển toàn bộ phạm vi sản phẩm từ phân bón và bao bì thực phẩm đến điện thoại di động và phi thuyền không gian sẽ không thể sản xuất được. Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của công việc được thực hiện tại Leybold trong ngành khoa học trên toàn thế giới và nhấn mạnh vai trò quan trọng của công nghệ chân không trong cuộc sống hàng ngày.