Nanoskalowe kanaliki kierują reakcjami katalitycznymi
Kataliza, czyli proces polegający na przyspieszeniu reakcji chemicznej za pomocą specjalnego związku (katalizatora), który sam nie ulega modyfikacji, jest podstawą niezliczonych procesów przemysłowych. W ramach projektu INCAS (Integration of nanoreactor and multisite catalysis for a sustainable chemical production) naukowcy z UE opracowali pionierski nanoreaktor i łańcuch procesów w celu przyspieszenia, obniżenia kosztów i poprawy bezpieczeństwa produkcji. Koncepcja ta wykracza poza nowoczesne mikroreaktory wykorzystujące mikrokanaliki, w których zachodzą reakcje chemiczne i które zwiększają prędkość, wydajność oraz bezpieczeństwo tychże reakcji. Zastosowano w niej kanaliki o rozmiarze nano i uporządkowanej sekwencji miejsc katalitycznych wzdłuż osi tych kanalików, znajdujących się w membranie tworzącej wektorowy szklak dla wielomiejscowych reakcji katalitycznych. Nowa konstrukcja pozwala na 10-krotne zwiększenie intensywności procesu w porównaniu z mikroreaktorami oraz jej 100 do 1000-krotne zwiększenie w porównaniu z konwencjonalnymi reaktorami. Proces umożliwia poprawę efektywności energetycznej o 25 do 30%, a tym samym znaczące obniżenie kosztów. Ponadto toksyczne odczynniki powstające w wyniku przekształceń są natychmiast przemieniane w nieszkodliwe substancje, czego efektem jest całkowite wyeliminowanie składowania. Szczególny nacisk położono na bezpieczną metodę wytwarzania węglanu difenylu (DPC) oraz bezpośrednią syntezę nadtlenku wodoru (H2O2) i wykorzystanie go in situ w syntezie tlenku propylenu. Obie reakcje mają bardzo istotne znaczenie dla przemysłu. Przeprowadzone badania pozwoliły na zweryfikowanie zastosowalności i odpowiedniości nowej technologii katalitycznej dla tych docelowych zastosowań oraz ich zdolności do zwiększenia intensywności, zrównoważoności i bezpieczeństwa procesu. Choć proces reakcji H2O2 wymaga dalszego dopracowania i optymalizacji, udało się zrealizować wszystkie założenia dotyczące produkcji DPC. Zespół zbudował nowy rodzaj nanoskalowego reaktora o bezpieczniejszej konstrukcji, nowych bardziej aktywnych i stabilnych katalizatorach oraz innowacyjnych nanomembranach katalitycznych. Materiały i nowe konfiguracje procesów zostały objęte dwoma patentami. W ramach projektu INCAS powstały ważne nowe narzędzia do intensyfikacji procesów i zwiększenia selektywności poprzez zastosowanie zaawansowanej koncepcji katalizy wielomiejscowej. Metodologie te umożliwią bezpieczniejsze i bardziej energooszczędne wytwarzanie związków chemicznych. Bardziej wydajna, czystsza i bardziej zasobooszczędna synteza dużych ilości chemikaliów znajdzie zastosowanie między innymi w wytwarzaniu czystych substancji chemicznych oraz remediacji środowiska.
Słowa kluczowe
Nano, nanoskalowy, katalityczny, reaktory, produkcja chemiczna, nanoreaktor, kataliza wielomiejscowa
