One of the most crucial challenges of sustainable development is the use of low-temperature heat sources (60–200 °C), such as thermal solar, geothermal, biomass, or waste heat, for electricity ...production. Since conventional water-based thermodynamic cycles are not suitable in this temperature range or at least operate with very low efficiency, other working fluids need to be applied. Organic Rankine Cycle (ORC) uses organic working fluids, which results in higher thermal efficiency for low-temperature heat sources. Traditionally, new working fluids are found using a trial-and-error procedure through experience among chemically similar materials. This approach, however, carries a high risk of excluding the ideal working fluid. Therefore, a new method and a simple rule of thumb—based on a correlation related to molar isochoric specific heat capacity of saturated vapor states—were developed. With the application of this thumb rule, novel isentropic and dry working fluids can be found applicable for given low-temperature heat sources. Additionally, the importance of molar quantities—usually ignored by energy engineers—was demonstrated.
Power generation from low-temperature heat sources (80–300 °C) like thermal solar, geothermal, biomass or waste heat has been becoming more and more significant in the last few decades. Organic ...Rankine Cycle (ORC) uses organic working fluids, obtaining higher thermal efficiency than with water used in traditional Rankine Cycles, because of the physical (thermodynamic) properties of these fluids. The traditional classification of pure (one-component) working fluids is based on the quality of the expanded vapour after an isentropic (adiabatic and reversible) expansion from saturated vapour state, and distinguishes merely three categories: wet, dry and isentropic working fluids. The purpose of this paper is to show the deficiencies of this traditional classification and to introduce novel categorisation mostly to help in finding the thermodynamically optimal working fluid for a given heat source.
•The need for a refined working fluid classification (beyond the classical categories wet/isentropic/dry) is demonstrated.•A novel classification based on characteristic points is introduced.•Potential technical applications for the new classification are presented.•Categories and characteristic points for 57 pure working fluids are provided.
Unlike with gases, for liquids and solids the pressure of a system can be not only positive, but also negative, or even zero. Upon isobaric heat exchange (heating or cooling) at p = 0, the volume ...work (p-V) should be zero, assuming the general validity of traditional δW = dWp = −pdV equality. This means that at zero pressure, a special process can be realized; a macroscopic change of volume achieved by isobaric heating/cooling without any work done by the system on its surroundings or by the surroundings on the system. A neologism is proposed for these dWp = 0 (and in general, also for non-trivial δW = 0 and W = 0) processes: “aergiatic” (from Greek: Ἀεργία, “inactivity”). In this way, two phenomenologically similar processes—adiabatic without any heat exchange, and aergiatic without any work—would have matching, but well-distinguishable terms.
•Conditions for working fluids to show wet, dry or isentropic character were described for van der Waals fluid.•Wet-to-dry transition was found by increasing the degree of freedom of the molecules.•A ...limiting isochoric heat capacity (around 45J/molK) was given for isentropic fluids.
Conventional steam power cycles have their limitations on recovering low grade waste heat, therefore other alternatives are required in these cases. Organic Rankine Cycle (ORC) is suitable for power generation based on various heat sources including solar, geothermal, biomass or waste heat. ORC working fluids can be characterized as wet, dry or isentropic. The aim of this paper is to give a method to find novel dry or isentropic working fluids based on simple physical properties, like degree of freedom and isochoric heat capacity.
Display omitted
•Application of copper-containing mineral catalysts in organic synthesis.•A novel strategy in the field of Cu-catalyzed organic reactions.•Efficient synthesis of propargylamines.
The ...highly atom efficient three-component reaction of aldehydes, secondary amines and acetylenes to form propargylamines (A3-coupling) has been studied with twelve readily available copper-containing minerals. It was found that the reaction could easily be performed in the presence of malachite, brochantite, chrysocolla and azurite in toluene at reflux. The desired products were obtained in good to excellent yields.
Napjainkban igen fontos a környezetkímélő, gazdaságos és zöld folyamatok fejlesztése. Több törekvés létezik ilyen módszerek fejlesztésére, melyek közül talán az egyik legelterjedtebb a megújuló ...energiaforrások felhasználása. Itt gondolhatunk a napjainkban már hétköznapinak számító szél-, víz- és napenergiára, de ezeket az energiákat a vegyiparban, illetve a szerves kémia területén is hasznosítani tudjuk. Például különböző vegyületek előállítása kizárólag direkt napfény segítségével is kivitelezhető.1 Egy másik nagy törekvés a természetben előforduló, megújuló anyagok mint kiindulási vegyületek felhasználása értékes származékok alternatív előállítására.2 Zöld üzemanyagként és oldószerként felhasználható γ-valerolaktonhoz juthatunk mezőgazdasági maradványokból, valamint nyers és főtt élelmiszerhulladékokból kiindulva.3 Gyakori továbbá, hogy bizonyos anyagok a természetben képződnek, és ezeket közvetlenül is fel tudjuk használni. Erre példa a penicillin, melyet először penészgombából tudtak kivonni,4 de akár az inzulin is, melyet kezdetben sertésből nyertek ki.5 Bizonyos esetekben ezeket a természetes anyagokat szerves kémiai reakciókban is fel tudjuk használni. Ilyen például Cossy és munkatársai felfedezése, melyben ketonok enantioszelektív redukcióját oldották meg répa (Daucus carota) felhasználásával.6 Az ilyesfajta felhasználások előnye, hogy a megfelelő anyagok előállítási költségét tudjuk megspórolni, sőt egyes esetben azok tisztítását is részben vagy egészben elhagyhatjuk.Az ásványok a természetben előforduló általában szervetlen, jellemző szerkezettel és összetétellel rendelkező anyagok. Felhasználásuk igen elterjedt az építőiparban, szobrászatban és napjainkban akár az elektromos iparban is. Természetesen jellemző felhasználási körükbe tartozik a megfelelő fémek előállítása is.7 A kémia különböző területein végeztek kutatásokat az ásványok katalitikus hatására vonatkozóan. Prebiotikus kémiai vizsgálatok során észlelték az ásványok katalitikus hatását, melynek az élet kialakulásában lehetett jelentős szerepe. 8 Emellett számos vegyipari eljárásban alkalmaznak piritet, mint hidrogénező katalizátort.9 Továbbá a böhmitek10 és a zeolitok11 igen jelentős katalizátorhordozók napjainkban. A közel 5800 természetben előforduló ásványból több mint 775 réztartalmú, így kijelenthetjük, hogy a réz földünk egyik legelterjedtebb féme. A réznek három fő felhasználási területe az elektromos iparban (kábel), az építőiparban (házak tetőszerkezete és vízvezetékek), valamint az ipari gépek előállításában van. Fontos ötvözetei közül a bronzot (réz és ón), illetve a sárgarezet (réz és cink) emelném ki, melyeket dísztárgyak, szobrok, valamint akár hangszerek készítésére is felhasználnak.12 Ezen felül a különböző rézötvözeteknek változó antibakteriális hatása is van.13 Egyéb rézvegyületeket, például a réz-szulfátot (rézgálic), növényvédőszerként is felhasználnak.
Napjainkban egyre nagyobb az igény arra, hogy olyan forrásokból állítsunk elő villa-mos energiát, amelyek a környezetet nem, vagy csak kis mértékben terheli. Ezzel párhu-zamosan a korábban ...villamosenergia-termelésre használt tüzelőanyagok árának növeke-dése, illetve hozzáférhetőségének csökkenése is arra kényszerít minket, hogy a korábban használt forrásokat is hatékonyabban használjuk fel.A dolgozatomban több, egymással összefüggő irányból vizsgáltam a fenti problémá-kat. Az eredmények így két nagy, egymáshoz kapcsolódó fejezetben kerülnek bemuta-tásra az alábbi gondolatmenet szerint:(1) Egyes hőenergia-források, mint például a geotermikus hő vagy az ipari hulladékhő bizonyos típusai viszonylag nagy mennyiségben állnak a rendelkezésünkre, de a hő-mérsékletük nem elég magas a hagyományos, zömmel víz munkaközegű RANKINE-körfolyamatok működtetéséhez. Az ilyen források kiaknázására többek között a szer-ves RANKINE-körfolyamatokat (ORC) lehet használni. Szükséges volt megvizsgálni, hogy a körfolyamat egyik fontos állapotváltozásában, az adiabatikus expanzióban mi-lyen anyagi tulajdonságoktól függ, hogy az expandált gőz tartalmaz-e a turbinát ká-rosító folyadékcseppeket vagy nem. A kapott korrelációt valós anyagokra is alkal-mazva, ebből egy egyszerű ökölszabály adódott, amivel bármilyen ismert fajhőjű anyagról megmondható, hogy az adott expanzió során nedvesítő vagy szárító mun-kaközegként viselkedik. Ugyancsak a szerves RANKINE-ciklusokhoz kapcsolódóan készült egy adatbázis és egy újfajta, a nedvesítő-szárító-izentróp kategóriáknál fino-mabb felosztás. Az adatbázis és az új kategóriák segítségével könnyebben lehet egy adott hőforráshoz és körfolyamathoz munkaközeget választani. A témához három angol nyelvű impakt faktoros és egy magyar nyelvű cikk jelent meg. Ezen kívül isme-retterjesztő jelleggel készült egy Wikipédia szócikk is.(2a) A teljes körfolyamat pontos leírásához szükséges a részfolyamatok megfelelő isme-rete. Ezeket a részfolyamatokat (mint pl. a már említett adiabatikus expanziót) gyak-ran egyszerű, vagy egyszerűnek vélt egyenletekkel tudjuk leírni. Így viszont a folya-matoknak csak egy idealizált változatát kapjuk, ami az esetek többségében jó ered-ményt ad, de minél extrémebbek a körülmények, annál kevésbé lesznek pontosak. Ebből kifolyólag célszerű megvizsgálni, hogy egyes, a termodinamikai körfolyama-tokban előforduló állapotváltozásoknál (izobár hőközlés, izentropikus expan-zió/kompresszió, izochor hőközlés, izentalpikus expanzió) a jelenleg használt leírá-sok megfelelőek-e, ha a körülmények szélsőségesek (pl. szuperkritikus vagy ahhoz közeli magas nyomás és hőmérséklet, illetve metastabil folyadékállapot). Az esetek többségében a folyamatok pontosan leírhatók maradtak, bár találni olyan eseteket, amikor egyes normál körülmények mellett jól lejátszódó folyamatok (pl. adiabatikus állapotváltozás) nem szokványos körülmények között a folyadék speciális tulajdon-ságai miatt nem tudnak lejátszódni, míg más (pl. izochor) állapotváltozás igen. Ez utóbbi felismerése annak a megállapításában is segített, hogy milyen lehet a legegy-szerűbb, a víz tulajdonságait legalább kvalitatívan helyesen leíró állapotegyenlet. Ugyancsak ezeknek a kutatásoknak az eredményeként definiálható egy olyan, ko-rábban nem ismert termodinamikai folyamatot, amiben egy folyadék térfogatát munkavégzés nélkül tudjuk megváltoztatni. A témában eddig egy impakt faktoros, és egy impakt faktor nélküli, de a WoS-ban szereplő publikáció jelent meg.(2b) Mind a hagyományos, mind a szerves RANKINE-ciklusnál előfordulhat, hogy a kör-folyamat vagy egy része, az úgynevezett szuperkritikus régióban játszódik le. Ezen a szuperkritikus régión belül található az úgynevezett WIDOM-régió, amiben az anya-gok nem folyadék, nem gőz és nem is a kettő közötti viselkedést mutatnak. Mivel a körfolyamatok egyes lépései átmehetnek ezeken a zónákon és az ottani anomáliák befolyásolhatják a teljes körfolyamatot, néhány energetikailag releváns anyagnál ezeknek a részeknek a feltérképezése elkészült, vizsgálva, hogyan mennek át ezeken a régiókon az egyes folyamatok. Ezek közül pl. az izobár hőközlés vagy az adiabati-kus expanzió a körfolyamatokban fontos, de az adiabatikus expanzió, illetve az izen-talpikus expanzió ismerete baleseti körülmények között is elengedhetetlen. Ez utób-bival kapcsolatban bebizonyosodott, hogy szuperkritikus víz munkaközegű reakto-rok esetében az egyik súlyos, hűtőközeg-vesztéssel járó atomerőművi balesettípus-nál (LOCA – Loss of Coolant Accident) a már ismert robbanásszerű forrás mellett a vízütéshez hasonló gőzzsák összeroppanás is felléphet a baleset kezdeti szakaszá-ban. A második és harmadik nagy témakört összekötendő, hogy vizsgálva szuper-kritikus régióban izobár hőközléskor fellépő pszeudoforrás eredetét, bebizonyoso-dott, hogy ez nem a normál forrásnak egy „elkent” változata, hanem inkább a stabil folyadékoknál nem fellépő, de a metastabiloknál ismert, úgynevezett spinodális fá-zisátmenethez hasonló folyamat. A fenti témákban két impakt faktoros cikk jelent meg, valamint egy lektorált egy magyar nyelvű folyóiratban. Emellett van egy refe-rált konferencia közlemény is a témából.Témánként az eredményeket egy-három tézispontban lettek összefoglalva. Összeha-sonlítva a fentieket a témakiírással, a tervezett kutatások sikerültek, de a szuperkritikus, illetve metastabil régióbeli vizsgálatok mellé harmadikként – velük legalább azonos súly-ban – megjelentek a szerves RANKINE-ciklushoz kapcsolódó részek. Ezeket szerencsére jól illeszkednek a többi témához, így a kutatás egysége nem sérül.
Copper is one of the most abundant metals on the Earth. Elemental copper, as well as its alloys and compounds are widely used as catalysts in organic chemistry. By utilizing naturally occurring ores, ...the non‐eco‐friendly copper smelting process can be bypassed, leading to green and environmentally friendly procedures in comparison to the use of synthetic copper compounds. In this study we wish to present a more economical method for the production of symmetric diynes starting from various terminal acetylenes in a Glaser–Hay reaction. Out of the seven tested naturally occurring copper‐containing minerals, chalcocite (Cu2S) and bornite (Cu5FeS4) were the best applicable ones. These minerals were able to produce diynes in yields comparable to those obtained with their synthetic analogues, furthermore they proved to be partly reusable.
Glaser coupling of terminal acetylenes was studied with seven readily available, natural copper‐containing minerals and with a wide variety of phenylacetylenes, heteroaromatic, cyclic and acyclic acetylenes as well as racemic rasagiline. The best results were obtained with either a chalcocite/TMEDA, chalcocite/pyrrolidine or bornite/pyrrolidine system at room temperature in an open vial. A total of 18 1,3‐diyne products could be isolated with up to 99 % yield.
Display omitted
Copper is one of the most abundant metals on Earth, and although it is mainly used in other fields, copper catalysis is also widely used in preparative organic syntheses. As copper ...production has recently exceeded a yearly amount of 20 million tons, using minerals instead of pure copper compounds can lower the need for such processes and can lead to more economical and environmentally friendly procedures. Such a method is the subject of our present study in which the preparation of 2-substituted benzoxazoles and benzothiazoles is presented from inexpensive starting materials in a simple setup, in the presence of naturally occurring copper-containing minerals. A total of 7 readily available minerals were tested in our model reaction and the reaction was feasible with all of them. With our method, a wide variety of benzoxazoles and benzothiazoles were prepared in good yields and high purity. The reaction could be carried out regardless of the origin of the minerals.
Copper-containing minerals are among the most abundant minerals on Earth. They play a fundamental role in our economy and, as presented in prebiotic studies, in the origin of life. Over 700 ...copper-containing minerals are present in nature with well-defined structure and formula. By utilizing the catalytic effect of such minerals, highly economical and green methods can be developed. One of such methods is presented in this study in copper mineral-catalyzed Goldberg arylation reactions of amides. A total of seven readily available minerals were tested in the reaction of iodobenzene with pyrrolidin-2-one with chrysocolla (Cu,Al)
2
H
2
Si
2
O
5
(OH)
4
·n H
2
O and malachite Cu
2
(CO
3
)(OH)
2
being the best applicable ones. After optimization, a wide variety of arylated amide derivatives were synthesized utilizing the catalytical effect of the above-mentioned minerals. The procedure proved to be feasible regardless of the origin of the catalyst making this method even more attractive.
Graphical Abstract
PDF
