С помощью некоторых бактерий, усваивающих водород, можно вовлечь в реакцию кислород и атмосферный диоксид углерода, при этом получить формальдегид и воду. Таким образом, бактерии синтезируют очень нужный химической промышленности формальдегид и очищают воздух от двуокиси углерода. Кроме того, сами бактерии могут быть использованы для производства кормов, так как наполовину состоят из полноценного белка.

Микробиологические процессы широко применяются в гидролизной промышленности при сбраживании сахаристых веществ в получении спиртов, виноделии, изготовлении кормовых дрожжей, в сыроварении, при обработке кож и т.п.

Биохимические процессы используются также для извлечения белков и углеводов из травы, древесных и сельскохозяйственных отходов, изготовления искусственной пищи из водорослей (таких, как хлорелла), синтеза пищевых масел, сахаров, жиров.

Радиационно-химические процессы происходят при действии ионизирующих излучений высокой энергии – электромагнитных излучений (рентгеновское излучение, a-излучение) и заряженных частиц высокой энергии (ускоренные электроны, b- и a- частицы, нейтроны). При облучении реагирующих веществ сначала происходит столкновение заряженных частиц с молекулами веществ с образованием нестабильных активированных молекул; последние распадаются на атомы или взаимодействуют с невозбужденными молекулами, образуя ионы и свободные радикалы, которые, взаимодействуя друг с другом или с непревращенными молекулами, образуют конечные продукты. Радиационно-химические процессы протекают с высокой скоростью, так как энергия активации резко снижается по сравнению с реакциями неактивированных молекул, энергетический барьер радиационно-химических реакций невелик (около 20 – 30 кДж/моль), поэтому радиационно-химические процессы могут осуществляться при относительно низких температурах.

В промышленности применяют многие реакции промышленного синтеза – галогенирования, сульфирования, окисления, присоединения по двойной связи и др. Большое значение радиационные методы имеют в технологии высокомолекулярных соединений, особенно в целях повышения механической прочности и термической стойкости полимеров путем «сшивания» макромолекул. В настоящее время применяется процесс радиационной вулканизации каучука; разработаны радиационно-химические методы производства прочных и термостойких изделий из полимеров (пленки, трубы, кабельная изоляция и др.).

Фотохимические реакции происходят в природе и сравнительно давно используются промышленностью. Фотохимическими называются реакции, вызываемые и ускоряемые действием света. Их элементарный механизм состоит в активации молекул при поглощении фотонов. Большинство промышленных фотохимических реакций происходит по цепному механизму, т. е. молекулы, поглотившие фотон, диссоциируют, и активированные атомы или группы атомов служат инициаторами вторичных реакций. По такому типу протекают галогенирование углеводородов и других веществ, синтез полистирола, сульфохлорирование парафинов и т. п. Природный фотосинтез требует непрерывного подвода световой энергии. Синтез углеводородов из диоксида углерода воздуха совершается под действием солнечного света, поглощаемого пигментом растений – хлорофиллом (аналог гемоглобина крови). Квант лучистой энергии, поступая в реакционную смесь при ее облучении, является «активной частицей», передающей свою энергию для возбуждения атомов и молекул. Величина кванта энергии должна быть соответствующей энергии активации, это определяется длиной волны излучения. Так, например, известно, что фотобумагу проявляют при красном свете, так как длина волны красного излучения большая, и квант энергии недостаточен для возбуждения реакции разложения бромида серебра.

Механизм фотохимических реакций может быть различен.

1. Реакция возможна, но идет с очень малой скоростью. Под действием излучения концентрация активных частиц увеличивается, реакция переходит в режим цепных и идет самопроизвольно с увеличивающейся скоростью. Например, смесь H 2 и Cl 2 может сохранятся очень долго, но при ультрафиолетовом облучении она реагирует со взрывом. Для реакций этого типа квантовый выход очень высокий. Квантовый выход – это отношение числа полученных молекул к числу поглощенных квантов энергии j.

2. Реакция невозможна без дополнительного поступления энергии в систему. Если эта энергия поступает в виде излучения, то квантовый выход близок или равен единице (фотосинтез в растениях).

Квантовый выход может быть и меньше единицы, если кванты лучистой энергии расходуются на побочные процессы. Примером применения фотохимических процессов в машиностроении и приборостроении является фототравление, когда под действием ультрафиолетового излучения ускоряется процесс растворения металла или полупроводника в тонком слое травителя.

При фотокаталитических процессах фотоны поглощаются не регентами, а катализаторами, ускоряющими химическую реакцию, то есть реакция ускоряется в результате суммарного действия катализатора и световой энергии.

Плазмохимические процессы возможны при сильном нагревании веществ, в процессе которого происходит термическая диссоциация, и молекулы газовой фазы разлагаются на атомы, превращающиеся затем в ионы. Плазма – это ионизированный газ, содержащий заряженные частицы: газовые ионы и свободные электроны. В химической промышленности используется низкотемпературная плазма, в которой кроме газовых ионов и свободных электронов содержатся недиссоциированные молекулы. Плазмохимические процессы интенсифицируют химические реакции, а потому являются перспективными. Плазмохимические процессы – получение ацетилена и технического водорода из метана природного газа; этилена и водорода из углеводородной нефти; синтез цианистого водорода из азота и углеводородов; получение пигментного диоксида титана и др.

Большое будущее имеет осуществление процесса прямого синтеза оксида азота в плазме из атмосферного воздуха. Этот способ заменит многостадийный метод синтеза и окисления аммиака.

Прогрессивные виды технологий

Необходимость постоянного обновления продукции в соответствии с требованиями рынка, решение экологических проблем и потребность в высокоэффективном производстве обусловливают не только постоянное совершенствование традиционных технологических процессов, но и создание новых технологий, список которых обширен. Возможно также сочетание в одном технологическом процессе сразу несколько технологий. В ряде случаев элементы новых технологий удачно дополняют традиционные технологические процессы, например, комбинированные технологии: магнитно-абразивная, плазменно-механическая, лазерно-механическая и другие.

К прогрессивным и наиболее значимым современным технологическим процессам относятся: электронно-лучевая, лазерная, мембранная технология и порошковая металлургия.

Среди множества новых технологий лазерная технология является одной из самых перспективных. Благодаря направленности и высокой концентрации лазерного луча удается выполнять технологические операции, невыполнимые каким-либо другим способом. С помощью лазера можно вырезать из любого материала детали сложнейшей конфигурации, причем с точностью до сотых долей миллиметра, раскраивать композитные и керамические материалы, тугоплавкие сплавы, которые вообще не поддаются резке каким-либо другим способом. Лазерный инструмент все чаще применяют вместо алмазного, так как он дешевле и во многих случаях может заменять алмаз.