Grønnere kemi gennem ny tilgang til katalyse

Forskere ved Delft University of Technology (TU Delft) har udviklet en katalysator, der er effektiv i ubetydelige mængder. På grund af sin form og holdbarhed, katalysatoren holder meget længere i reaktioner, sparer en masse energi, forebygge spild og reducere omkostningerne. Resultaterne er offentliggjort i Naturkommunikation .

TU Delft-forsker Evgeny Pidko og hans gruppe har en næsten holistisk tilgang til kemiske reaktioner ved hjælp af katalysatorer. Disse stoffer spiller en vigtig rolle i at sænke aktiveringsbarriererne for kemiske reaktioner.

Katalysatoren er til stede i reaktionsblandingen, men er ikke en del af den kemiske reaktionsligning. Så i teorien, katalysatorer burde kunne arbejde for evigt. I praksis, imidlertid, kemikere ser, at de bliver mindre aktive med tiden. Det betyder, at der skal en stor mængde katalysator til, for at reaktionsprocessen kan forløbe glat. Katalysatoren skal derefter fjernes fra reaktionsblandingen, hvilket er en dyr og forurenende proces. Til den farmaceutiske og finkemiske industri, det er ikke ualmindeligt, at produktion af et kilogram af det nødvendige produkt resulterer i omkring halvtreds kilo affaldsprodukter, så det haster med at gøre disse kemiske processer mere bæredygtige.

Fødsel og død

Det vigtigste spørgsmål Pidkos team står over for er:Under hvilke omstændigheder er katalysatorer aktive, og hvorfor forfalder de? Pidko:"Det, vi faktisk gør, er at følge en katalysator fra dens fødsel til dens død." Denne forskning har nu ført til opdagelsen af ​​en ny katalysator, der er usædvanlig effektiv. Selv at bruge 'homøopatiske' mængder af katalysatoren er nok til at reaktionen forløber godt. For deres forskning, kemikerne brugte en mangankatalysator, der hydrogenerer molekyler, betyder, at en dobbeltbinding i molekylet brydes og brint tager denne plads i molekylet. Denne reaktion bruges hovedsageligt til at størkne olier og fedtstoffer.

Pidko:"For at gøre katalysatoren mere effektiv, vi legede for at skabe flere bindingspunkter pr. molekyle. Vi bemærkede, at reaktionen pludselig gik meget bedre." Ved hjælp af spektroskopi, forskerne observerede, at den nye katalysator har ideelle egenskaber. I sin aktiverede tilstand, det åbner op for at fremme den nødvendige reaktion. I sin hviletilstand lukker katalysatoren sine tanglignende arme, beskytte sin aktive del. Forskningen fra Pidkos hold viser, at katalysatoren kan bruges i op til 200, 000 'cyklusser." Pidko siger, "Selv ved temperaturer på 120 °C bevarer den sin integritet. Effektiviteten af ​​denne katalysator er meget unik." I stedet for de sædvanlige 1000 ppm (parts per million), kun 5 ppm af den nye katalysator er nødvendig. Brug af sådanne minimale mængder betyder, at det rensningstrin, der normalt er nødvendigt, kan springes over.

Grønnere den kemiske industri

Denne udvikling er et vigtigt skridt i den kemiske industris grønnere, selvom det ikke kan bruges med det samme i eksisterende kemiske processer, da yderligere forskning er påkrævet. Det, der gør denne undersøgelse særligt innovativ på området, er tilgangen til katalysatorer. Pidko konkluderer, "Omhyggeligt at følge hele livscyklussen har givet os en bedre forståelse af katalysatorer, og vi håber, at vi kan bruge denne tilgang til at udvikle flere af disse 'homøopatiske' katalysatorer, som kan vise sig at være revolutionerende for den kemiske industri."