Comment la concentration de HMF influence-t-elle sa réactivité dans les réactions catalytiques ou de polymérisation?

Dans les réactions de catalyse ou de polymérisation, HMF La concentration affecte directement le nombre de molécules de réaction efficaces par volume unitaire. À des concentrations plus élevées, la fréquence de collision entre les molécules augmente, ce qui accélère la vitesse de réaction. Dans les voies de réaction en plusieurs étapes, cet effet de concentration peut également favoriser les progrès de certaines étapes de limitation de débit, améliorant ainsi l'efficacité de conversion globale. Cependant, au-dessus de la concentration critique, le système peut entrer dans la région de contrôle de la diffusion de réaction, qui à son tour inhibe l'activité de réaction.

Le HMF est un composé multifonctionnel hautement réactif qui est sujet aux réactions de réticulation et de condensation dans des conditions catalytiques. Plus la concentration est élevée, plus la possibilité de réactions secondaires est élevée, comme la réaction d'auto-condensation entre les groupes carbonyle et hydroxyle, ce qui générera des sous-produits macromoléculaires et des dépôts sur la surface du catalyseur, entraînant des problèmes tels que le blocage des pores et la passivation centrale métallique, qui à son tour conduit à un rythme des réductions, à un taux de sélectivité accéléré ou à un taux de désactivation.

Dans la préparation de polymères fonctionnels à base de HMF (tels que les résines phénoliques biooliques et les polyesters), le contrôle de la concentration est crucial. Une concentration élevée de HMF est propice à l'augmentation de la probabilité de réaction de réticulation, obtenant ainsi une résistance mécanique et une stabilité thermique plus élevée, mais elle augmentera également le risque de gel du système, réduira la procédabilité et la fluidité et apportera des défis au contrôle du taux de polymérisation et des groupes terminaux.

L'augmentation de la concentration de HMF augmentera la charge thermique totale du système. Si la température n'est pas correctement contrôlée, il est facile d'induire la formation de sous-produits tels que les dérivés furfuraux et le TAR polymérisé dans de fortes réactions exothermiques telles que l'oxydation ou la déshydratation catalytique. Ces sous-produits réduiront la pureté des produits, augmenteront la difficulté de séparation et provoqueront des risques de corrosion ou de blocage à l'équipement.

La solution HMF à haute concentration a souvent une viscosité élevée, ce qui réduira considérablement le taux de diffusion des réactifs en phase liquide, réduira le mélange macroscopique et l'efficacité de transfert de masse microscopique dans le réacteur, provoque une réaction inégale locale, et même de provoquer des réactions secondaires dans certains points chauds. Cela impose des exigences plus élevées sur la conception de réacteurs continus et d'équipements de microcanaux, qui doivent généralement être optimisés par conception dynamique diluée ou fluide.

L'augmentation de la concentration de HMF induire une condensation, l'éthérification, l'estérification et d'autres réactions secondaires plus fréquentes entre ses groupes hydroxyméthyle et aldéhyde, entraînant des impuretés avec des structures complexes et difficile à séparer. Ces impuretés affectent non seulement le rendement du produit cible, mais interfèrent également avec la sélectivité de la méthode analytique, augmentant le coût et la complexité de la séparation et de la purification.

Le HMF à haute concentration est susceptible de provoquer une augmentation soudaine de la température du système de réaction dans des réactions très exothermiques telles que l'oxydation catalytique, présentant le risque de runnway thermique du système. Il est nécessaire d'ajuster avec précision la distribution de flux de chaleur de réaction par l'alimentation intermittente, le contrôle de la température dynamique, la surveillance multi-points et d'autres moyens pour assurer la sécurité de l'équipement et la stabilité des processus.