Environmental Impact Differences of Single-Chain Nanoparticle Production by Batch and Flow Chemistry

流动化学 工艺工程 溶剂 生命周期评估 蒸馏 化学 生化工程 连续反应器 环境科学 计算机科学 纳米技术 生产(经济) 有机化学 材料科学 催化作用 工程类 经济 宏观经济学
作者
Or Galant,Charles E. Diesendruck,Sabrina Spatari
出处
期刊:Organic Process Research & Development [American Chemical Society]
卷期号:28 (5): 1607-1617 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acs.oprd.3c00244
摘要

Emerging nanoscale materials are under development for multiple high-performance product applications such as advanced polymers. Single-chain polymer nanoparticles (SCNPs) have many promising high-performance uses in catalysts, lubricants, nanoreactors, and biomedical applications; however, synthetic routes to SCNPs are still under development and usually require an excessive amount of solvent, imposing costly environmental impacts. Following our previous experimental study in which we developed a flow process for SCNP production and demonstrated its advantages in productivity and yield over classical batch preparation, in this study we apply prospective life cycle assessment (LCA) methods to evaluate alternative SCNP synthesis routes through a photochemistry process and examine the role of limiting solvent quantity and type used. We compare SCNP production through a flow photochemical process versus a classical batch process. Using a cradle-to-gate system boundary, we compare the performance of different batch and flow processing scenarios, considering solvent recovery through vacuum distillation, atmospheric distillation, and solvent replacement and waste solvent treatment. The results indicate that there are environmental benefits under the flow process over conventionally used batch processes where the solvent is recovered through atmospheric distillation, and toluene is the preferred solvent. In addition, we compare the LCA results to a common green chemistry metric known as the environmental factor and conclude that a green chemistry metric alone is insufficient. Hence, a comprehensive and systematic life cycle approach is needed to understand the environmental impacts of flow chemistry with potential scenarios prior to scaling up production.
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