Direkte syntese af hydrogenperoxid ved hjælp af TS-1 understøttede katalysatorer

Hydrogenperoxid (H ₂ O ₂ ) har mange industrielle anvendelser, fra vandbehandling og blegning til kemisk syntese. Selvom den nuværende proces til fremstilling af det er yderst effektiv, det kræver en stor infrastruktur. Arbejde udført for nylig i samarbejde med en industriel partner, og offentliggjort i ChemCatChem, demonstrerer en metode til direkte syntese af H ₂ O ₂ fra brint og ilt, ved hjælp af et kommercielt titansilikat kaldet TS-1, som en støtte til Gold Palladium (AuPd) og Gold Palladium Platinum (AuPdPt) katalysatorer, en reaktion, der kunne udføres in situ som det første trin i en fremstillingsproces. Det viser, at introduktionen af ​​små koncentrationer af platin i en understøttet AuPd/TS-1-katalysator kan øge den katalytiske selektivitet over for H markant. ₂ O ₂ , at forbedre det samlede udbytte og repræsentere et lovende system til at udforske den direkte syntese af H ₂ O ₂ .

Hydrogenperoxid (H ₂ O ₂ ) er en kraftfuld, miljøvenlig industriel oxidant, som (i modsætning til andre gængse oxidationsmidler) kun producerer vand som biprodukt. H ₂ O ₂ bruges primært til blegning af papir og tekstiler, og i kemisk syntese, og bliver i stigende grad brugt til at behandle industriaffald frem for oxidanter, der indeholder klorid. Global efterspørgsel efter H ₂ O ₂ forventes at overstige 5,5 millioner tons i 2020, efterspørgslen stiger med en hastighed på 4 % om året. Stigningen i efterspørgslen kommer hovedsageligt fra den kemiske synteseindustri, med H ₂ O ₂ anvendes til fremstilling af propylenoxid og cyclohexanonoxim, nøglemellemprodukter til fremstilling af polymerer.

I øjeblikket, hydrogenperoxid produceres næsten udelukkende via anthraquinonoxidationsprocessen (AO), udviklet af BASF i 1939. AO-processen er ekstremt effektiv, men det er også en kompleks proces, der kræver operation i meget stor skala, hvilket forhindrer H ₂ O ₂ fra at blive produceret på brugsstedet. Det er også ustabilt ved relativt milde temperaturer, og kræver brug af sure stabiliseringsmidler for at forhindre, at det nedbrydes til vand. Brugen af ​​disse sure midler kan forårsage korrosion i reaktorerne, og resulterer i betydelige omkostninger til brugen, hvem skal fjerne dem fra deres produktstrømme.

Professor Graham Hutchings fra Cardiff University og hans team af katalysatordesignere har undersøgt metoder til direkte syntese af H ₂ O ₂ fra brint og ilt, at give en grønnere proces for H ₂ O ₂ generation, der kan vedtages på point-of-use. Efter tidligere at have demonstreret en forbedring i katalytisk selektivitet mod den direkte syntese af H ₂ O ₂ med tilsætning af platin (Pt) til en bimetallisk guld-palladium (AuPd) katalysator understøttet på ceriumdioxid og titaniumdioxid, i dette arbejde undersøgte de brugen af ​​et kommercielt zeotype titansilikat (TS-1) som støtte for AuPdPt nanopartikelkatalysatorer til direkte H ₂ O ₂ syntese, i samarbejde med en industriel partner. Analyse ved ePSIC har vist, at Au:Pd-forholdet ændrede sig i henhold til nanopartikelstørrelsen, med nogle små, der ikke indeholder andet end palladium.

Nanopartiklernes morfologi

Prof. Hutchings siger, "Vi specialiserer os i 'rimelig udfordrende reaktioner' ' og adgang til ePSIC er nøglen til vores arbejde. Vi bestiller tid i tre-dages blokke - i dette tilfælde på E01-JEM ARM 200CF mikroskopet - til at udføre scanning transmissionselektronmikroskopi (STEM) og røntgenenergi dispersiv spektroskopi (X-EDS). Medlemmer af vores team er uddannet til at bruge mikroskopet og behandle dataene, og at være i stand til at se på morfologien af ​​nanopartikler, og at lave en elementær analyse, er ekstremt værdifuldt."

Holdet var i stand til at demonstrere effektiviteten af ​​TS-1 understøttede AuPd og AuPdPt katalysatorer til direkte syntese af H ₂ O ₂ , og etableret en metode til at bibringe katalysatorstabilitet via passende varmebehandling, mens MFI-strukturen af ​​zeotypen opretholdes. De viste, at gennem indførelse af små koncentrationer af platin i en understøttet AuPd/TS-1 katalysator, det er muligt signifikant at øge den katalytiske selektivitet over for H ₂ O ₂ , at forbedre det samlede udbytte og repræsentere et lovende system til at udforske den direkte syntese af H ₂ O ₂ . Dette var den første fase af et projekt for at udvikle en procedure til at syntetisere H ₂ O ₂ in situ og derefter bruge det i kemiske reaktioner. Arbejdet er afsluttet, og yderligere papirer vil blive offentliggjort i sin tid.