一項新研究介紹了一種使用AEM 電解槽氫化環胺的環保方法，從而減少了化學工業的碳排放。 該製程以水和再生電力取代化石燃料，並保持高效率。

為了減少化學製造業對環境的影響，開發更環保的方法來生產廣泛使用的化合物的化學成分至關重要。製造過程對環境的影響最大、最強烈，這已不是什麼秘密，化學製造業在能源消耗和排放產出方面都位居榜首。 雖然化學產品在日常生活中的大規模使用使這一現象變得合理，但從永續發展的角度來看，它仍有許多不足之處。 透過關注再生能源和製造一些最常用化合物化學構件的替代方法，研究人員希望透過一些綠色創新來減少化學製造業的足跡。

陰離子交換膜反應器將吡啶氫化為哌啶。 來源：橫濱國立大學

研究人員於10月7日在《美國化學學會學報》上發表了他們的研究成果。

這項研究的重點是環胺，因為環胺是精細化學品最重要的組成成分。 這些化合物呈環狀排列，其中有一個氮原子。 其中的主角之一是吡啶，它的衍生物是哌啶，這是一種在精細化學工業中非常重要的環狀胺。 例如，哌啶為許多材料提供了框架，例如美國FDA 批准的藥物、殺蟲劑和人們生活中使用的日常材料。

在含氮環胺中添加氫氣的典型方法是使用氫氣作為質子和電子源。 氫化製程依賴於透過甲烷（一種主要的溫室氣體）的蒸氣轉化來獲得氫氣。 這種方法不僅能耗高，而且造成的二氧化碳排放量約佔全球總量的3%。 這個過程也高度依賴化石燃料，需要消耗大量能源。 幸運的是，研究人員透過開發陰離子交換膜（AEM）電解槽找到了解決這一問題的方法。

AEM 電解槽可在常溫常壓下對不同種類的吡啶進行氫化，而無需像傳統方法那樣使用酸性添加劑。 電解槽的工作原理是將水分解成氫原子和氧原子。 然後將所得的氫原子加入環狀化合物中。 AEM 電解槽在處理其他含氮芳烴時也表現出強烈的通用性，使其在廣泛的應用領域中大有可為。 此外，透過開發一種可在常溫常壓下使用的方法，該製程所需的電能也大大減少。

這項研究的第一作者、橫濱國立大學研究員Naoki Shida 說：”這種方法為製藥和精細化工領域的工業規模應用提供了巨大潛力，有助於減少碳排放和推進可持續化學。”

該製程使用水和再生電力作為能源，與傳統方法依賴化石燃料形成鮮明對比。 這種方法的效率並沒有受到影響，大規模的產量百分比為78%，進一步證實了這種技術可以合理地擴展。 可能會遇到的一個問題是電解過程中電池電壓會升高，但這可以透過改進AEM 或最好是在設計AEM 時特別考慮到有機電合成來緩解。

電催化加氫技術要普及並發揮作用，就必須能夠擴展到工業規模，以便製藥和精細化工公司使用。 這種技術使用得越多，就越容易過渡到用於其他含氮芳香化合物，從而進一步體現電催化加氫製程的實用性。 在理想情況下，這種方法將成為化學工業中傳統方法的替代品，進而減少化學製造過程中留下的整體碳足跡。

編譯自/ SciTechDaily