HAADF-bilder av 2,4% Au - 2,4% Pd - 0,2% Pt / TS-1 kalcinerat prov. Kredit:Dr Qian He
Väteperoxid (H 2 O 2 ) har många industriella användningsområden, från vattenbehandling och blekning till kemisk syntes. Även om den nuvarande processen för att producera den är mycket effektiv, det kräver en stor infrastruktur. Nyligen utfört arbete i samarbete med en industriell partner, och publicerad i ChemCatChem, demonstrerar en metod för direkt syntes av H 2 O 2 från väte och syre, med ett kommersiellt titansilikat som heter TS-1, som ett stöd för Gold Palladium (AuPd) och Gold Palladium Platinum (AuPdPt) katalysatorer, en reaktion som skulle kunna utföras in situ som det första steget i en tillverkningsprocess. Det visar att införandet av små koncentrationer av platina i en stödd AuPd/TS-1-katalysator kan avsevärt öka katalytisk selektivitet mot H 2 O 2 , förbättra den totala avkastningen och representera ett lovande system för att utforska den direkta syntesen av H 2 O 2 .
Väteperoxid (H 2 O 2 ) är en kraftfull, miljövänlig industriell oxidant, som (i motsats till andra vanliga oxidationsmedel) endast producerar vatten som biprodukt. H 2 O 2 används främst för blekning av papper och textilier, och i kemisk syntes, och används alltmer för att behandla industriavfall framför oxidanter som innehåller klorid. Global efterfrågan på H 2 O 2 förväntas överstiga 5,5 miljoner ton år 2020, efterfrågan ökar med 4 % per år. Ökningen i efterfrågan kommer främst från den kemiska syntesindustrin, med H. 2 O 2 används vid framställning av propylenoxid och cyklohexanonoxim, nyckelmellanprodukter för framställning av polymerer.
Just nu, väteperoxid produceras nästan helt via antrakinonoxidationsprocessen (AO), utvecklad av BASF 1939. AO-processen är extremt effektiv, men det är också en komplex process som kräver drift i mycket stor skala, vilket hindrar H 2 O 2 från att produceras vid användningsstället. Det är också instabilt vid relativt milda temperaturer, och kräver användning av sura stabiliseringsmedel för att förhindra att det sönderfaller till vatten. Användningen av dessa sura medel kan orsaka korrosion i reaktorerna, och leder till betydande kostnader för användningen, som måste ta bort dem från sina produktströmmar.
Professor Graham Hutchings vid Cardiff University och hans team av katalysatordesigners har undersökt metoder för att direkt syntetisera H 2 O 2 från väte och syre, att tillhandahålla en grönare process för H 2 O 2 generation som kan antas vid användning. Efter att tidigare ha visat en förbättring av katalytisk selektivitet mot direkt syntes av H 2 O 2 med tillsats av platina (Pt) till en bimetallisk guld-palladium (AuPd) katalysator uppburen på ceriumdioxid och titandioxid, i detta arbete undersökte de användningen av ett kommersiellt zeotyp titansilikat (TS-1) som stöd för AuPdPt nanopartikelkatalysatorer för direkt H 2 O 2 syntes, i samarbete med en industriell partner. Analys vid ePSIC har visat att Au:Pd -förhållandet förändrats beroende på nanopartikelstorlek, med några små som inte innehåller annat än palladium.
Nanopartiklars morfologi
Prof. Hutchings säger, "Vi är specialiserade på "rimligt utmanande reaktioner, ' och tillgång till ePSIC är nyckeln till vårt arbete. Vi bokar tid i tredagarsblock – i det här fallet på E01-JEM ARM 200CF-mikroskopet – för att utföra skanningstransmissionselektronmikroskopi (STEM) och röntgenenergidispersiv spektroskopi (X-EDS). Medlemmar i vårt team är utbildade i att använda mikroskopet och bearbeta data, och kunna titta på nanopartiklarnas morfologi, och att göra en elementaranalys, är oerhört värdefullt."
Teamet kunde demonstrera effektiviteten av TS-1-stödda AuPd- och AuPdPt-katalysatorer för direkt syntes av H 2 O 2 , och etablerade en metod för att ge katalysatorstabilitet via lämplig värmebehandling samtidigt som MFI-strukturen för zeotypen bibehålls. De visade att genom införandet av små koncentrationer av platina i en stödd AuPd/TS-1-katalysator, det är möjligt att avsevärt förbättra den katalytiska selektiviteten mot H 2 O 2 , förbättra den totala avkastningen och representera ett lovande system för att utforska den direkta syntesen av H 2 O 2 . Detta var det första steget i ett projekt för att utveckla en procedur för att syntetisera H 2 O 2 in situ och sedan använda den i kemiska reaktioner. Arbetet är avslutat, och ytterligare artiklar kommer att publiceras i sinom tid.
