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Exploring Greener Pathways and Catalytic Systems for Ethylene Carbonate Production
ACS Sustainable Chemistry & Engineering ( IF 7.1 ) Pub Date : 2023-09-21 , DOI: 10.1021/acssuschemeng.3c03947 Wei Lin Ng 1 , Adrian Chun Minh Loy 1 , David McManus 2 , Ashwani K. Gupta 3 , Ajit K. Sarmah 4 , Sankar Bhattacharya 1
ACS Sustainable Chemistry & Engineering ( IF 7.1 ) Pub Date : 2023-09-21 , DOI: 10.1021/acssuschemeng.3c03947 Wei Lin Ng 1 , Adrian Chun Minh Loy 1 , David McManus 2 , Ashwani K. Gupta 3 , Ajit K. Sarmah 4 , Sankar Bhattacharya 1
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The production of cyclic carbonates is pivotal in carbon capture and utilization (CCU), providing an opportunity to utilize recycled CO2. Ethylene carbonate (EC) holds significance among cyclic carbonates in industrial settings due to its extensive applications in lithium-ion batteries and industrial lubricants and as a precursor for green polycarbonate production. However, the current synthesis of EC relies on toxic, fossil-based epoxide reactants, which poses sustainability challenges. To meet the growing demand for green chemistry, three greener alternative pathways for EC synthesis have been proposed, involving the reaction of carbon-based reactants (CO2, urea, and dimethyl carbonate) with ethylene glycol (EG) derived from biodiesel waste. This Perspective addresses key inquiries surrounding alternative EC synthesis pathways through quantitative and qualitative assessments. Specifically, we elucidate (a) possible sustainable routes, (b) current advances in the first principle of kinetic and operational methods, and (c) differences in reactions from the perspectives of thermodynamics, safety, and greenness of production. Notably, the direct carboxylation of CO2 with EG emerges as a promising green synthesis route, but challenges persist, such as catalyst development and water inhibition. Finally, future prospects for overcoming challenges in the green manufacturing of EC are discussed, providing insights into advancing CCU.
中文翻译：
探索碳酸乙烯酯生产的绿色途径和催化系统
环状碳酸酯的生产对于碳捕获和利用（CCU）至关重要，为利用回收的CO 2提供了机会。碳酸亚乙酯 (EC) 在工业环境中的环状碳酸酯中具有重要意义，因为它在锂离子电池和工业润滑剂中广泛应用，并且是绿色聚碳酸酯生产的前体。然而，目前 EC 的合成依赖于有毒的化石基环氧化物反应物，这带来了可持续性挑战。为了满足对绿色化学日益增长的需求，人们提出了三种更绿色的EC合成替代途径，涉及碳基反应物（CO 2、尿素和碳酸二甲酯）与源自生物柴油废物的乙二醇（EG）。本视角通过定量和定性评估解决了围绕替代 EC 合成途径的关键问题。具体来说，我们阐明了（a）可能的可持续路线，（b）动力学第一原理和操作方法的当前进展，以及（c）从热力学、安全性和绿色生产的角度反应的差异。值得注意的是，CO 2与EG的直接羧化是一种有前途的绿色合成路线，但挑战仍然存在，例如催化剂开发和水抑制。最后，讨论了克服 EC 绿色制造挑战的未来前景，为推进 CCU 提供了见解。
更新日期：2023-09-21
中文翻译：
探索碳酸乙烯酯生产的绿色途径和催化系统
环状碳酸酯的生产对于碳捕获和利用（CCU）至关重要，为利用回收的CO 2提供了机会。碳酸亚乙酯 (EC) 在工业环境中的环状碳酸酯中具有重要意义，因为它在锂离子电池和工业润滑剂中广泛应用，并且是绿色聚碳酸酯生产的前体。然而，目前 EC 的合成依赖于有毒的化石基环氧化物反应物，这带来了可持续性挑战。为了满足对绿色化学日益增长的需求，人们提出了三种更绿色的EC合成替代途径，涉及碳基反应物（CO 2、尿素和碳酸二甲酯）与源自生物柴油废物的乙二醇（EG）。本视角通过定量和定性评估解决了围绕替代 EC 合成途径的关键问题。具体来说，我们阐明了（a）可能的可持续路线，（b）动力学第一原理和操作方法的当前进展，以及（c）从热力学、安全性和绿色生产的角度反应的差异。值得注意的是，CO 2与EG的直接羧化是一种有前途的绿色合成路线，但挑战仍然存在，例如催化剂开发和水抑制。最后，讨论了克服 EC 绿色制造挑战的未来前景，为推进 CCU 提供了见解。
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