Klorofluorokarbon (CFC) yang mudah menguap merupakan senyawa terhalogenasi buatan manusia yang memiliki masa hidup di atmosfer yang sangat lama serta dapat merusak lapisan ozon di stratosfer pelindung bumi. Studi yang dilakukan oleh Lovelock di awal 1970-an menunjukkan bahwa ada konsentrasi triklorofluorometana (CFC-11) di atmosfer yang bisa bertahan lama seumur hidup di atmosfer. Dilanjutkan pada tahun 1974 dengan jurnal yang ditulis oleh Molina dan Rowland, menyatakan bahwa klorofluorometana CFCl3 dan CF2Cl2 (CFC-11 dan -12) mungkin selamat dari pengankutan ke stratosfer, dimana mereka bisa dipecah secara fotokimia melepas atom klorin yang kemudian akan mengkatalis kerusakan ozon. Molekul yang mengandung bromin, seperti CF3Br, diduga lebih berbahaya bagi lapisan ozon.
Dibuatnya perjanjian yang dikenal dengan Montreal Protocol oleh United Nations, tinjauan berkala pengembangan ilmu pengetahuan dan pengurangan 50% dalam produksi CFC pada tahun 1998 telah diusulkan. Dalam beberapat ahun, National Aeronautics and Space Administration's (NASA) Ozone Trends Panel menyerukan untuk melarang produkasi CFC dan Halogen pada tahun 2000 di negara maju. Karbon tetraklorida (CTC) dan metil kloroform (MeClf, CH3CCl3) juga dimasukkan ke dalam daftar komponen yang dikendalikan.
Dalam upaya menyediakan pengganti CFC yang memiliki kinerja yang mirip namun memiliki toksisitas yang rendah, para industri mengembangkan hidroklorofluorokarbon (HCFC) dan hidrofluorokarbon (HFC). HCFC memiliki potensi penipisan ozon (ODP) yang jauh berkurang, dan HFC memiliki nol ODP dibandingkan dengan CFC. Konservasi dan pengganti yang mengandung nonfluorine diharapkan dapat mengurangi konsumsi di tahun-tahun mendatang, tetapi aplikasi tertentu akan membutuhkan penggunaan HCFC dan HFC. HCFC akan berfungsi sementara sampai pengganti HFC yang sesuai diidentifikasi.
Aplikasi dari HCFC dan HFC
| Aplikasi |
CFC Saat Ini |
Alternatif |
| Refrigerants |
CFC-12
CFC-11
|
HFC-134a
HCFC-123
Blends/azeotropes |
| Foaming agents |
CFC-11
|
HFC-134a, HFC-152a
HCFC-124, HCFC-141b
Blends/azeotropes |
| Cleaning agents |
CFC-113 |
Blends/azeotropes |
Sintesis
1,1,1,2-Tetrafluoroetana, CF3CH2F (HFC-134a)
Pertama, CF3CH2F (HFC-134a) biasanya dibuat dengan mereaksikan trikloroetilen dengan hidrogen fluorida dan katalis cair seperti BF3, TaF5, dan MoCl5. Reaksinya sebagai berikut:
Kedua, dengan Tetrakloroetalin (perkloretilen, PCE) yang diklorinasi membentuk heksakloroetana. Bereaksi dengan HF dalam fase cair menggunakan katalis antimo konvensional.
2,2-Dikloro-l,1,1-Trifluoroetana, CF3CHCl2 (HCFC-123)
Pertama, sintesis CF3CHCl2 (HCFC-123) dapat dilakukan dengan mereaksikan perkloroetilen dengan HF dan bantuan katalis menggunakan proses fase cair atau uap. Pada proses fase cair menggunakan katalis garam tantalum sedangkan pada proses fase uap menggunakan alumina berflorinasi tinggi.
Kedua, dengan trikloroetalin (TCE), persiapan awal HCFC-133a seperti pembahasan sebelumnya, kemudian diikuti dengan monoklorinasi menengah pada suhu rendah.
2-Kloro-1,1,1,2-tetrafluoroetana, CF3CHFCl (HCFC-124)
Metodenya mengkoversi PCE ke HFC-123 atau HFC-134a yang menghasilkan pembentukan HCFC-124 sebagai produk sampingan. Katalis yang digunakan adalah krom oksifluorida.
Pentafluoroetana, CF3CHF2 (HFC-125)
Sintesis PCE dapat digunakan untuk menghasilkan HFC-125. Penambahan HF diseluruh ikatan PCE, diikuti dengan pertukaran klorin akan menghasilkan HFC-125. PCE dapat juga diolah dengan Cl2 dan HF untuk menghasilkan kloropentafluoroetana (CFC -115) diikuti oleh hidrogenolisis ikatan C-Cl.
1,1-Dikloro-1-fluoroetana, CFCl2CH3 (HCFC-141b)
Sintesis terbaik untuk membentuk HFCG-141b yaitu melibatkan pertukaran halogen dan penambahan HF dalam ikatan C=C.
Penambahan HF ke vinilidena klorida menghasilkan HCFC-141b tanpa produk sampingan HCl.
1,1-Difluoroetana, CHF2CH3 (HFC-152a)
Cara paling cepat untuk membentuk HFC-152a adalah menambahkan HF ke asetilena. Katalis yang digunakan yaitu pseudoboehmite, H3BO3, dan Fe2O3 yang dilakukan pada suhu maksimal 262 ° C.
Cara kedua yaitu mereaksikan HF dengan vinil klorida akan menghasilkan HFC-152a. Pada proses fase uap, katalis yang digunakan yaitu fluorided alumina atau aluminum flourida yang mengandung garam logam. Pada proses fase cair, katalis yang digunakan adalah SnCl4.
Dikloropentafluoropropana
Alternatif CFC-113 sebagai pelarut dan pembersih adalah CF3CF2CHCl2 (HCFC-225ca) dan CF2ClCF2CHFCl (CHCF-225b). Kedua isomer ini dapat diproduksi dengan perbandingan ca 3: 2 masing-masing melalui reaksi Prins tetrafluoroethylene dengan CHFCl2 (HCFC-21) pada suhu 15 ° C dengan adanya aluminium klorida. Pertukaran halogen fase cair TaP5-terkatalisasi antara HF dan C3HCl7 juga dapat menghasilkan campuran produk yang mengandung dua isomer di atas.
Penerapan Alternatif Pengganti CFC
Refrigeration
Penerapan terbesar dari alternatif ini adalah pada pendinginan (refrigeration) dan air conditioning (AC). Pendingin rumah dan AC mobil menggunakan CFC-12 (CF2Cl2) sebagai refrigeran. Alternatif utamanya adalah HFC-134a dan HFC-125 karena sifat yang mirip dengan CFC-12 (CF2Cl2). Namun, HFC-134a tidak bisa menggantikan CFC-12 sebagai AC mobil.
Alternatif pengganti CFC-11 (CFCl3) di industri pendinginan adalah HFC-123.
Foaming Agents
Busa plastik kaku memiliki struktur seluler yang dibuat oleh tindakan kimiawi atau fisik dari agen peniup (berbusa). Busa poliuretan dan poliisosianurat diproduksi dengan menggunakan CFC-11 sebagai bahan peniup yang tetap terperangkap di dalam busa. Pengganti yang digunakan untuk pembuatan busa adalah HCFC-123, HCFC-141b, dan HCFC-22.
Busa termoplastik, seperti yang berasal dari polistiren, digunakan dalam berbagai aplikasi seperti karton telur, baki daging, cangkir sekali pakai, dan baki. CFC-12 umumnya telah digunakan sebagai agen peniup dalam aplikasi ini. Alternatif yang mungkin telah disarankan untuk aplikasi ini adalah HCFC-124, HCFC-22, HCFC-142b, HFC-134a, dan HFC-152a.
Solvents
Dua molekul yang digunakan dalam industri ini adalah CFC-113 (CF2ClCFCl2) dan metil kloroform (CH3CCl3). Aplikasinya di bidang pembersihan dan penghilangan logam. HCFC-141b dan HCFC-123, serta campuran dan azeotropnya, telah diusulkan untuk memenuhi beberapa aplikasi. Baru-baru ini, HCFC-225 ca dan cb telah diusulkan sebagai kemungkinan pengganti CFC-113. Proses yang telah dilaporkan menghasilkan isomer ini sebagai campuran, dan studi toksisitas sedang berlangsung.
Alternatif Pengganti CFC di Aspek Komersial
Banyak perusahaan telah mengumumkan rencana untuk komersialisasi beberapa alternatif, khususnya HCFC-141b, HCFC-123, dan HFC-134a. Pabrik utama untuk produksi HFC-134a ditugaskan di AS dan Inggris pada akhir 1991. HFC-152a telah tersedia secara komersial sejak 1964.
rogram Pengujian Toksisitas Fluorokarbon Alternatif pada HFC-134a, HCFC-123, HCFC-141b, HCFC-124, HFC-123, dan HCFCs-225ca dan cb melibatkan banyak perusahaan dari berbagai negara. Hasil studi toksisitas yang dilakukan dengan HCFC-141b, HCFC-124, dan HFC-134a di bawah payung ini telah menggembirakan. Untuk HCFC-123 Du Pont telah mengadopsi AEL (Acceptable Exposure Level) sebesar 30 ppm. Tambahan penelitian tentang ini yaitu Studi Alternative Fluorocarbon Environmental Acceptability Study (AFEAS). Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menilai nasib lingkungan alternatif CFC, khususnya dampaknya terhadap lapisan ozon, pemanasan global, dan hujan asam.
