Forskere opdager en grønnere vej til udbredt industrielt materiale

Forskere fra Cardiff University har taget et skridt mod en grønnere, mere bæredygtig måde at skabe et plastmateriale, der findes i en række genstande fra tandbørster og guitarstrenge til medicinske implantater, byggematerialer og bildele.

I et nyt papir offentliggjort i dag i tidsskriftet Science , rapporterer holdet om en helt ny metode til at skabe cyclohexanonoxim - en forløber for plastmaterialet Nylon-6, som er et nøglekonstruktionsmateriale, der bruges i bilindustrien, fly-, elektronik-, beklædnings- og medicinindustrien.

Det anslås, at den globale produktion af nylon-6 forventes at nå op på omkring 9 millioner tons om året i 2024, hvilket får videnskabsfolk til at søge efter grønnere og mere bæredygtige måder at producere cyclohexanonoxim på.

I øjeblikket fremstilles cyclohexanonoxim industrielt gennem en proces, der involverer hydrogenperoxid (H₂ O₂ ), ammoniak (NH₃ ) og en katalysator kaldet titanosilicate-1 (TS-1).

H₂ O₂ brugt i denne kemiske proces, såvel som mange andre, er produceret andre steder og skal sendes ind, før det kan bruges i den kemiske reaktion.

Dette er en dyr og kulstofintensiv proces, der også nødvendiggør forsendelse af højkoncentreret H₂ O₂ til slutbrugeren før fortynding, hvilket effektivt spilder de store mængder energi, der bruges under koncentrationen.

Tilsvarende anvendes stabiliseringsmidlerne ofte til at øge holdbarheden af ​​H₂ O₂ kan begrænse reaktorens levetid, og ofte skal de fjernes, før de når frem til et endeligt produkt, hvilket fører til yderligere økonomiske og miljømæssige omkostninger.

For at løse dette problem har teamet udtænkt en metode, hvor H₂ O₂ syntetiseres in situ fra fortyndede strømme af brint og oxygen ved hjælp af en katalysator bestående af guld-palladium (AuPd) nanopartikler, der enten er direkte påfyldt TS-1 eller på en sekundær bærer.

Nanopartikler, som måler omtrent mellem 1 og 100 nanometer, er ekstremt nyttige materialer at bruge som katalysatorer på grund af deres store forhold mellem overfladeareal og volumen sammenlignet med bulkmaterialer.

Metoden blev udført under forhold, der tidligere menes at være yderst skadelige for H₂ O₂ produktion og kan producere udbytter af cyclohexanonoxim, der kan sammenlignes med dem, der ses i nuværende kommercielle processer, samtidig med at man undgår de store ulemper forbundet med kommerciel H₂ O₂ .

Desuden var holdet i stand til at demonstrere alsidigheden af ​​denne tilgang ved at producere en række andre industrielt vigtige kemikalier, som i sig selv har en bred vifte af anvendelser.

Hovedforfatter af undersøgelsen Dr. Richard Lewis, fra Max Planck-Cardiff Center on the Fundamentals of Heterogeneous Catalysis, baseret på Cardiff Catalysis Institute, sagde:"Dette arbejde repræsenterer et positivt første skridt mod mere bæredygtige selektive kemiske transformationer og har potentiale til at afløse den nuværende industrielle vej til cyclohexanonoxim.

"Generationen af ​​H₂ O₂ gennem denne nye tilgang kunne bruges i en lang række andre industrielle applikationer, der i øjeblikket er afhængige af brugen af ​​TS-1 og H₂ O₂ , der potentielt repræsenterer en havændring i industriel oxidationskemi.

"Dette er en klar demonstration af, at der gennem akademisk og industrielt samarbejde kan foretages væsentlige forbedringer af de nuværende avancerede teknologier, hvilket fører til betydelige omkostningsbesparelser og en reduktion i drivhusgasemissioner fra en større industriel proces." + Udforsk yderligere

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