Bardziej ekologiczne katalizatory do produkcji chemicznej
Przemysł chemiczny zmienił świat i poziom życia wielu ludzi, w szczególności poprzez dokonania w dziedzinie petrochemikaliów, farmaceutyków i suplementów diety. Rosnąca obawa o zdrowie i środowisko naturalne sprawia, że realizacja tych celów jest teraz rozpatrywana w kontekście zrównoważonego rozwoju i minimalizacji wpływu na środowisko. Głównym celem jest zielona kataliza. Katalizatory ułatwiają i przyspieszają reakcje, ale same nie ulegają zniszczeniu podczas reakcji, tak więc są produktami wielokrotnego użytku. Finansowany przez UE projekt NOMGCNP powstał z myślą o zsyntetyzowaniu wysokowydajnych katalizatorów heterogenicznych dla reakcji organicznych. Katalizatory heterogeniczne znajdują się w innych fazach niż odczynniki, zazwyczaj są to systemy katalizatorów stałych, stosowane w reakcjach w ciekłym rozpuszczalniku. Łatwość oddzielenia katalizatora od strumienia produktów ułatwiła rozwój ciągłych procesów chemicznych (w przeciwieństwie do produkcji wykonywanej partiami). Naukowcy zaangażowani w projekt NOMGCNP zbadali kilka różnych systemów katalizatorów heterogenicznych. Mezoporowaty węgloazotek był użyty do podpierania nanocząsteczek metali szlachetnych złota (Au), palladu (Pd) lub stopów (Au-Pd). Systemy były umiarkowanie aktywne w katalizowaniu utleniania alkoholu benzylowego, jednak później trudno było oddzielić katalizator od mieszaniny reakcyjnej. Stopy Au-Pd podpierane na mezo- i mikroporowatych węglach otrzymanych z karbidu o bardzo dużych powierzchniach wykazują doskonałą aktywność utleniania alkoholu benzylowego — ponad 100 % wyższą niż dostępne w sprzedaży nanocząstki Au-Pd unieruchomione aktywnym węglem. Arkusze tlenku grafenu były doskonałymi stabilizatorami nieorganicznymi do immobilizacji nanocząstek Au-Pd. Badacze wykazali skuteczne formowanie się wysoce dostępnych i dobrze rozproszonych nanocząstek Au-Pd immobilizowanych nieorganicznymi kompozytami arkuszy tlenku grafenu i interkalowanym dwutlenkiem tytanu, tworzących trójskładnikowe katalizatory hybrydowe. Zespół skatalizował utlenienie szeregu alkoholi o porównywalnej aktywności i zwiększonej stabilności w stosunku do podobnych systemów katalitycznych stabilizowanych na cząsteczkach organicznych, takich jak alkohol poliwinylowy lub poliwinylopirolidon. Co więcej, trójskładnikowe katalizatory hybrydowe nadawały się doskonale do bezpośredniej syntezy nadtlenku wodoru z wodoru i tlenu. Zielona kataliza jest jednym z kluczowych obszarów prac badawczo-rozwojowych. Postęp w tej dziedzinie będzie miał znaczący wpływ na zrównoważony rozwój i przyjazność dla środowiska ogromnego rynku o dużym znaczeniu społeczno-ekonomicznym. Zespół projektu NOMGCNP stworzył nowatorskie katalizatory wspomagające te wysiłki i pozycję UE na światowym rynku.
Słowa kluczowe
Produkcja chemiczna, zielona kataliza, katalizatory heterogeniczne, węgloazotek, nanocząstki metalowe
