研究人员已经开发出一种新的、更安全、更经济的方法来生产丙酮，使用光和光活性氯化铁催化剂，简化了过程，减少了对高温、高压步骤的需求。这项创新可以通过利用阳光和扩大工业用途来彻底改变丙酮的生产，并有望提高安全性和可持续性。

丙酮是化学工业的关键原料最终通过复杂和危险的过程制造。来自巴西和德国的研究人员共同打造了一种更环保的方法。

丙酮在化学工业中起着举足轻重的作用，是粘合剂、抗生素、电子零件、溶剂、除漆剂、油墨和维生素等多种产品生产的关键成分。然而，它的生产是复杂和危险的。为了简化这一过程，使其更安全、更便宜，巴西和德国的研究人员开发了一种创新的方法，该方法只使用光活性的氯化铁(FeCl3)，这是一种廉价的化合物。

由FAPESP资助的一篇关于这项研究的文章最近发表在《ACS催化》杂志上。

标准的丙酮制造过程，被称为Hock或cumene过程，包括几个阶段。丙烷是一种石油产品，它被转化为丙烯，丙烯是一种高度易燃的气体，它与苯反应，然后在高温高压下与氧气反应生成丙酮。这些反应还会产生苯酚，这是一种需求量较小的化合物，但可以转化为增值物质，尽管成本很高。

另一种方法是由巴西 奥卡洛斯联邦大学(UFSCar)和米纳斯吉拉斯州联邦大学(UFMG)的科学家与德国马克斯普朗克胶体和界面研究所的同事合作开发的，该方法基于丙烷氧化和光催化反应，使用氯化铁作为光存在下的均相催化剂。

另一种策略是基于丙烷的氧化，使用氯化铁作为光存在下的均相催化剂。图片来源:维克多·加布里埃尔·帕斯塔纳

“我们发现，当氯化铁在特定波长下照射时，它会产生自由基氯，这是一种强氧化剂，可以破坏碳和氢之间的键[激活C-H键]，产生一种自由基，导致氧气存在时形成丙酮，”伊沃·弗雷塔斯·特谢拉说，他是UFSCar化学系的教授，也是这篇文章的最后作者。“我们用完全不同的方式和非常简单的元素实现了一个非常重要的反应。”

通过力学研究，包括质谱法(一种通过测定颗粒的分子量来识别混合物成分的分析技术)，获得了反应真正是由Fe-Cl光解产生的氯自由基驱动的证据。

该工艺的优点之一是，它是直接的，跳过了中间阶段的丙烯生产，而且更安全，因为它不涉及高温高压下的氧反应或易燃和危险的中间体。此外，它还降低了能耗和成本，因为它的阶段更少，并且在室温(25°C)下进行。

实验使用发光二极管(led)作为光源，但研究人员计划在未来使用阳光代替，使该方法更具可持续性。

专利申请和下一步

已经向巴西专利局国家工业产权局(INPI)提交了专利申请，并正在寻求与公司建立伙伴关系，以扩大新工艺的规模并使其商业化。Teixeira说:“这可能会对化工行业的丙酮生产产生绝对的破坏性影响，提高安全性和可持续性，并为直接生产丙酮铺平道路，这将降低成本，提高竞争力。”

他补充说，主要的挑战是石化工业的大规模工艺，以及目前还没有商业化的光催化方法。

研究还在继续向两个方向发展:用其他物质(如甲烷)测试新方法;并寻求扩大这一过程的方法，以增加工业生产和产量。

参考文献:“温和条件下光活性铁(III)氯促进有氧丙烷氧化直接合成丙酮”，作者:Andrea Rogolino, jos B. G. Filho, Lorena Fritsch, jos D. Ardisson, Marcos A. R. da Silva, Gabriel Ali Atta Diab, Ingrid Fernandes Silva, Carlos andr Ferreira Moraes, Moacir Rossi Forim, Matthias Bauer, Thomas D. k 内，Markus Antonietti和Ivo F. Teixeira, 2023年6月15日，ACS催化。DOI: 10.1021 / acscatal.3c02092

这项研究由<s:1>圣保罗研究基金会资助。