【工業(yè)應(yīng)用】ESR作為控制和優(yōu)化苯乙烯單體生產(chǎn)的監(jiān)測工具
全球每年苯乙烯的產(chǎn)量達到約1,500萬噸以上,這主要是由其眾多應(yīng)用的需求而決定的。西歐和東歐以及北美的苯乙烯年產(chǎn)能位居前列。苯乙烯單體合成過程中的一個主要問題是“不合需要”的聚合反應(yīng)。ESR技術(shù)為制造商控制單體生產(chǎn)和防止失控的聚合反應(yīng)提供了一套快速、有效的監(jiān)測系統(tǒng)。
制造商在苯乙烯合成、加工和儲存過程中使用“聚合抑制劑”(TEMPO)
乙烯基單體(如苯乙烯)在其被合成和純化的工業(yè)過程中,可能發(fā)生不合需要的聚合反應(yīng)。為了避免這一現(xiàn)象,需要向單體反應(yīng)體系中加入聚合抑制劑2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基(TEMPO)及其類似物。
TEMPO是一種自由基化合物,它通過阻止自由基鏈式反應(yīng)來抑制聚合反應(yīng)。典型工業(yè)單體,如丙烯酸酯、氯乙烯、丁二烯和苯乙烯,在加工及安全運輸和儲存過程中都需要聚合抑制劑。許多單體在工業(yè)上通過蒸餾法提純,因而可能發(fā)生熱聚合反應(yīng)。
例如,苯乙烯在100℃以上的溫度下進行蒸餾時,會以每小時約2%的速度發(fā)生熱聚合反應(yīng)。抑制聚合反應(yīng)非常重要,不僅因為聚合產(chǎn)物會污染分餾塔,也因為聚合反應(yīng)通常是放熱反應(yīng),如果不加以控制,可能造成失控反應(yīng)和潛在的爆炸。一旦啟動,聚合反應(yīng)本質(zhì)上就是自由基鏈式反應(yīng),因此許多聚合抑制劑都是充當自由基清除劑(Kuldeep Wadhwa et. al J Polym Res (2017) 24:201)。
TEMPO自由基聚合抑制劑的結(jié)構(gòu)
布魯克推出的便攜式臺式ESR系統(tǒng),可有效監(jiān)測苯乙烯合成、加工和儲存過程中的TEMPO抑制劑水平
電子自旋共振(ESR)——也稱“電子順磁共振” (EPR)——技術(shù)的推出,使得我們可以直接測量苯乙烯中的TEMPO。該技術(shù)可提供高度靈敏的定量數(shù)據(jù),以及關(guān)于苯乙烯生產(chǎn)容器中TEMPO水平的可操作信息。
布魯克的臺式電子自旋共振波譜儀microESR,為監(jiān)測苯乙烯生產(chǎn)設(shè)施中的TEMPO,提供了一款快速、定量和緊湊的儀器。當前TEMPO水平在生產(chǎn)過程中的不同位置被定量監(jiān)測,一旦被發(fā)現(xiàn)降至設(shè)定閾值以下,即可采取適當?shù)拇胧?。相比添加過量的TEMPO,該技術(shù)顯著節(jié)省了成本,同時提高了生產(chǎn)過程的整體安全性。
系統(tǒng)包裝中提供有詳細SOP,用戶只需進行非常簡單的樣品制備——只需要將苯乙烯樣品加到樣品管中,然后利用microESR進行測量即可。
示例:microESR在苯乙烯合成過程中監(jiān)測的TEMPO ESR信號
布魯克microESR臺式ESR系統(tǒng)通過簡單快速的監(jiān)測來實現(xiàn)苯乙烯單體控制
ESR單體控制系統(tǒng)的特點:
5分鐘測出TEMPO水平,濃度低至0.5 ppm
包含簡單樣品制備和測量工作流的SOP
緊湊、輕型、小尺寸
集成自動化軟件,幫助實現(xiàn)高通量監(jiān)測
microESR單體控制法的優(yōu)勢:
提高工廠效率和產(chǎn)品產(chǎn)量
提高工廠經(jīng)濟效益:降低聚合抑制劑成本(TEMPO)和單體損失
降低實驗室運營成本:簡單的監(jiān)測系統(tǒng)快速提供可操作的信息
提高工廠安全性:降低“失控”聚合反應(yīng)及后續(xù)停工的風險
提高生產(chǎn)能力和加強設(shè)備保護
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