Ivana Radojčić Redovniković

Nenad Bolf (ur.)

Croatian

HRČAK - Portal of Croatian Scientific and Professional Journals

  OSVJEŽIMO ZNANJE, Kem. Ind. 69 (11-12) (2020) 670–671670OSVJEŽIMO ZNANJEUređuje: Nenad Bolfosvježimo znanjeUvod Otapala se svakodnevno upotrebljavaju u brojnim industrij-skim procesima zbog važne uloge u otapanju krutih kom-ponenti, prijenosu mase i topline te u koracima izdvaja-nja i pročišćavanja produkta. Procjenjuje se da hlapljiva organska otapala čine gotovo 60 % svih industrijskih emisija uzrokujući brojne negativne učinke na okoliš (promjena klime na globalnoj razini, onečišćenje zraka, narušavanje ozonskog omotača, bolesti u ljudi i sl.). Također, većina konvencionalnih organskih otapala je toksična, zapaljiva i korozivna, a njihovo recikliranje i ponov-na uporaba povezana je s energetski zahtjevnom destilacijom uz znatne gubitke te unakrsnu kontaminaciju. Nadalje, u novije vrijeme velika pozornost pridaje se zelenim i održivim tehnologi-jama te njihovoj primjeni u različitim granama industrije. Stoga je akademska zajednica potaknuta razvijati nove, sigurnije i ener-getski učinkovitije procese proizvodnje i primjene kemikalija, opisane kao zelena kemija. U okviru zelene kemije od velike je važnosti razvoj i pronalazak odgovarajuće zamjene za sveprisutna štetna organska otapala. Prema načelima zelene kemije, odabir prikladne zamjene za organska otapala temelji se na sigurnosti radnika (toksičnost, kancerogenost, mutagenost, apsorpcija pu-tem kože i respiratornog sustava), sigurnosti procesa (zapaljivost, eksplozivnost, hlapljivost, potencijal stvaranja peroksida), sigur-nosti okoliša (ekotoksičnost, postojanost, kontaminacija podze-mnih voda, uništavanje ozonskog omotača) i održivosti procesa (sposobnost recikliranja i mogućnost višekratne uporabe).1 Stoga, prema smjernicama zelene kemije, idealno otapalo treba biti ke-mijski i fizički stabilno, nezapaljivo, male hlapljivosti, s povoljnim ekološkim otiskom, jednostavno za uporabu te jednostavno za recikliranje s mogućnošću ponovne uporabe (slika 1). S obzirom na navedeno, zbog netoksičnosti i nezapaljivosti te dostupnosti i niske cijene, voda se nameće kao najbolji izbor. Ipak, zanemariva topljivost mnogih organskih i organometalnih spojeva u vodi kao i visoki energijski zahtjevi tijekom uklanjanja vode po završetku procesa glavni su ograničavajući čimbenici primjene vode kao otapala u kemijskoj i biotehnološkoj industriji. Stoga, unatrag 15 godina intenzivno se traga za ekološki prihvatljivim, prilagodljivim i pametnim otapalima, među kojima se ističu ionske kapljevine, superkritični i subkritični fluidi te otapala dobivena iz prirodnih ili obnovljivih izvora (npr. otapala na bazi glicerola i eutektička otapala)2 (slika 2).Ionske kapljevineIonske kapljevine (engl. Ionic Liquids, ILs) su organske soli s tali-štem nižim od 100 °C. Sastavljene su isključivo od iona i to naj-češće od organskog kationskog dijela koji uključuje supstituiranu molekulu koja sadrži pozitivno nabijeni atom dušika, fosfora ili sumpora te organskog ili anorganskog anionskog dijela.2 S ob-zirom na brojnost kationa i aniona koji se mogu kombinirati u pripravi ionskih kapljevina kako bi se dobila otapala različitih svojstava, iste se mogu nazvati dizajnerskim otapalima. Ionske kapljevine svrstavaju se u zelena otapala zbog poželjnih svojstava nehlapljivosti, nezapaljivosti te toplinske, kemijske i elektrokemij-ske stabilnosti.3 Osim navedene niske točke tališta, karakterizira ih nizak tlak para, velika viskoznost te gustoća veća od gustoće vode. Primjena tih otapala istraživana je u mnogim područjima, kao što su procesna tehnologija, biotehnologija, kemijska tehno-logija, farmaceutika, elektrokemija i dr., no njihova uporaba, iako je otvorila put prema zelenijim procesima, ima svoje nedostatke. Kao jedan od glavnih nedostatka tih otapala ističe se loša bio-razgradljivost, biokompatibilnost te održivost. Nadalje, problem predstavlja i visoka cijena, uporaba organskih otapala ili neob-novljivih sirovina (npr. naftne sirovine) u uobičajenim procesima priprave ionskih kapljevina kao i potencijalna opasnost za okoliš budući da su najčešće upotrijebljene ionske kapljevine toksične i slabo biorazgradljive.2 Superkritični i subkritični  fluidi Superkritični (engl. Supercritical Fluids, SCFs) i subkritični fluidi još su jedna alternativa organskim otapalima. Pripremaju se za-grijavanjem bilo koje tvari do temperature koja je viša od kritične temperature te komprimiranjem pri tlaku višem od kritične vri-jednosti tlaka za određeni fluid. Superkritični fluidi imaju jedin-stvena svojstva između tekućina i plinova (npr. svojstvo difuzije i nisku viskoznost kao plinovi te topljivost kao tekućine) koja znat-no ovise o tlaku i temperaturi. Zahvaljujući tome superkritične te-kućine lako se mogu prilagođavati potrebama procesa. U teoriji, Zelena otapalaI. Radojčić Redovniković *Prehrambeno-biotehnološki fakultet Sveučilište u Zagrebu Pierrotijeva 6, 10 000 Zagreb* Prof. dr. sc. Ivana Radojčić Redovniković  e-pošta: irredovnikovic@pbf.hrEkološka ograničenja• biorazgradljivost• učinak staklenika• ozonski omotač• emisija hlapljivih   organskih spojevaUčinkovitost• cijena• dostupnost• moć otapanja• selektivnostSigurnost i zakonodavstvo• rizik od eksplozije• dozvoljivost u proizvodu• hlapljivosttoksičnost mogućnost reciklacijeIDEALNO OTAPALOSlika 1 – Karakteristike zelenih otapalaOSVJEŽIMO ZNANJE, Kem. Ind. 69 (11-12) (2020) 670–671  671svaka tekućina može se upotrebljavati kao superkritično otapalo. Međutim, prilikom odabira otapala važno je uzeti u obzir nje-gove karakteristike kao što su toksičnost, svojstva fluida, troškovi kao i moć otapanja. Danas se najčešće rabi superkritični ugljikov dioksid i superkritičnia voda.4 Također, u upotrebi je i subkritična voda koja je iznad temperature vrenja (100 °C), ali ispod kritične temperature (374,2 °C) i pri tlaku dovoljno visokom da ostane u tekućem stanju. Superkritični fluidi danas imaju široku primjenu u prehrambenoj, kozmetičkoj i farmaceutskoj industriji, ali potre-ba za velikim investicijskim ulaganjima u opremu koja mora izdr-žati visoke tlakove kao i velik utrošak energije za komprimiranje plina onemogućava širu industrijsku primjenu tih otapala.2Otapala dobivena iz prirodnih ili obnovljivih izvoraMeđu zelenim otapalima otapala iz prirodnih izvora ili otapala iz obnovljivih izvora imaju sve važniju ulogu u zamjeni organ-skih otapala, posebice zbog sve većeg imperativa za ostvariva-njem održivog razvoja. Otapala iz obnovljivih izvora, kao što su glicerol, etanol, metanol, esteri mliječne kiseline i laktata, d-li-monen, metilni esteri masnih kiselina, najčešće se dobivaju iz sirovina kao što su drvo, škrob, biljna ulja ili voće. Ta otapala imaju visoku moć otapanja, biorazgradljiva su i netoksična. Ne-dostatci tih otapala su cijena, visoka viskoznost i visoko vrelište.2 Kao najzanimljivija otapala iz prirodnih izvora ističu se eutektička otapala (engl. Deep Eutectic Solvents, DES). Eutektička otapala smjesa su dviju ili više komponenata u krutom ili tekućem sta-nju koje pri određenim uvjetima mogu tvoriti kapljevinu zbog formiranja jakih vodikovih veza između prisutnih komponenata. Kada se kao komponente za pripravu eutektičkih otapala upotre-bljavaju primarni metaboliti organizama, kao što su aminokiseli-ne, organske kiseline, derivati kolina ili šećeri, može se govoriti o prirodnim eutektičkim otapalima (engl. Natural Deep Eutectic Solvents, NADES). Zbog nehlapljivosti, nezapaljivosti, stabilnosti te niskog ekološkog otiska eutektička otapala u potpunosti zado-voljavaju principe zelene kemije. Pored zelenog karaktera, jedna od istaknutih karakteristika tih otapala jest mogućnost modifika-cije njihove strukture, što rezultira različitim fizikalno-kemijskim svojstvima te su prikladna za raznoliku primjenu u ekstrakcijskim postupcima (naročito za izolaciju bioaktivnih spojeva iz biljnih materijala), biokatalizi, organskoj sintezi, elektrokemiji, kemiji materijala, biomedicini.4 Glavni nedostatci tih otapala su visoka viskoznost i nizak tlak para, što otežava izolaciju spojeva.Literatura1. P. Anastas, N. Eghbali, Green chemistry: principles and pra-ctice, Chem. Soc. Rev. 39 (2010) 301–312, doi: https://doi.org/10.1039/B918763B. 2. M. Cvjetko Bubalo, S. Vidović, I. Radojčić Redovniković, S. Jokić, Green solvents for green technologies, J. Chem. Technol. Biote-chnol. 90 (2015) 1631–1639, doi: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-818569-8.00005-X. 3. M. Cvjetko Bubalo, K. Radošević, J. Halambek, I. Radojčić Redov-niković, V. Gaurina Srček, A brief overview of the potential en-vironmental hazards of ionic liquids, Ecotox. Environ. Safety 99 (2014) 1–12, doi: https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2013.10.019. 4. M. Cvjetko Bubalo, S. Vidović, I. Radojčić Redovniković, S. Jokić, New perspective in extraction of plant biologically active com-pounds by green solvents, Food Bioprod. Process 109 (2018) 52–73, doi: https://doi.org/10.1016/j.fbp.2018.03.001. Voda Terpeni Biljna ulja Ionske kapljevinePrirodna eutektička otapalaAgrootapala Superkritični fluidiSlika 2 – Najznačajnija zelena otapala

Osvježimo znanje: Zelena otapala

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

HRČAK - Portal of Croatian Scientific and Professional Journals