I canali su nanoscala guidano le reazioni catalitiche
La catalisi in cui un componente (catalizzatore) aumenta la velocità di una reazione chimica senza essere esso stesso modificato è al centro di innumerevoli processi di produzione chimica di grande importanza industriale. Gli scienziati finanziati dall’UE hanno sviluppato un innovativo nanoreattore e una nuova catena di lavorazione per velocizzare la produzione, ridurre i costi e migliorare la sicurezza grazie al progetto INCAS (Integration of nanoreactor and multisite catalysis for a sustainable chemical production). Il concetto va oltre i microreattori all’avanguardia che utilizzano microcanali per confinare le reazioni chimiche e aumentare velocità, resa e sicurezza. Utilizza canali di nano dimensioni e una sequenza ordinata di siti catalitici lungo la direzione assiale di tali canali in una membrana che fornisce un percorso vettoriale per le reazioni catalitiche multisito. Il progetto innovativo consente un aumento dell’intensificazione dei processi 10 volte superiore rispetto ai microreattori e da 100 a 1 000 volte superiore rispetto ai reattori convenzionali. Il processo conduce a un aumento del 25-30 % nell’efficienza energetica e quindi a una diminuzione significativa in termini di costi. Inoltre, i reagenti tossici prodotti a seguito delle trasformazioni vengono immediatamente convertiti in entità innocue per eliminare completamente l’accumulazione. È stata posta particolare attenzione su un metodo più sicuro per la produzione di difenilcarbonato (DPC) e per quanto riguarda la sintesi diretta di perossido di idrogeno (H2O2) e il relativo uso in situ riguardo alla sintesi di ossido di propilene. Entrambe le reazioni sono di grande importanza industriale. I risultati hanno verificato l’applicabilità e l’idoneità della nuova tecnologia di catalisi per queste applicazioni di destinazione e la loro capacità di migliorare il processo di intensificazione, la sostenibilità e la sicurezza. Mentre il processo per la reazione di H2O2 richiede ulteriore sviluppo e ottimizzazione, sono stati raggiunti tutti gli obiettivi per quanto riguarda la produzione di DPC. Il team ha prodotto un nuovo tipo di reattore in scala con un design intrinsecamente più sicuro, nuovi catalizzatori più attivi e stabili e nanomembrane catalitiche innovative. I materiali e le nuove configurazioni di lavorazione hanno portato a due brevetti. INCAS ha apportato importanti nuovi strumenti per l’intensificazione dei processi e una maggiore selettività grazie all’uso di modelli di catalizzatori multisito avanzati. Inoltre, le metodologie facilitano percorsi di produzione più sicuri e più efficaci. Una maggiore resa e una sintesi più pulita ed efficace dal punto di vista delle risorse per grandi quantità di sostanze chimiche saranno un vantaggio non solo per i percorsi di processo definiti dal progetto ma anche per applicazioni come la produzione di sostanze chimiche nobili e la pulizia o la risoluzione dei danni ambientali.
Parole chiave
Nano, nanoscala, catalitico, reattori, produzione chimica, nanoreattori, catalisi multisito
