Kredit:Pixabay/CC0 Public Domain
Forskare från Cardiff University har tagit ett steg mot ett grönare och mer hållbart sätt att skapa ett plastmaterial som finns i en rad föremål från tandborstar och gitarrsträngar till medicinska implantat, byggmaterial och bildelar.
I en ny artikel publicerad idag i tidskriften Science , rapporterar teamet om en helt ny metod för att skapa cyklohexanonoxim – en föregångare till plastmaterialet Nylon-6, som är ett viktigt konstruktionsmaterial som används inom bil-, flyg-, elektronik-, kläd- och medicinindustrin.
Det uppskattas att den globala produktionen av nylon-6 förväntas uppgå till cirka 9 miljoner ton per år 2024, vilket får forskare att söka efter grönare och mer hållbara sätt att producera cyklohexanonoxim.
För närvarande framställs cyklohexanonoxim industriellt genom en process som involverar väteperoxid (H2 O2 ), ammoniak (NH3 ) och en katalysator som kallas titanosilikat-1 (TS-1).
H2 O2 som används i denna kemiska process, liksom många andra, produceras på annat håll och måste skickas in innan det kan användas i den kemiska reaktionen.
Detta är en kostsam och kolintensiv process som också kräver frakt av högkoncentrerad H2 O2 till slutanvändaren före utspädning, vilket effektivt slösar bort de stora mängder energi som används under koncentrationen.
På liknande sätt används de stabiliseringsmedel som ofta används för att öka hållbarheten för H2 O2 kan begränsa reaktorns livslängd och ofta måste de avlägsnas innan de kommer fram till en slutprodukt, vilket leder till ytterligare ekonomiska och miljömässiga kostnader.
För att lösa detta problem har teamet tagit fram en metod där H2 O2 syntetiseras in situ från utspädda strömmar av väte och syre, med hjälp av en katalysator bestående av guld-palladium (AuPd) nanopartiklar som antingen laddas direkt på TS-1 eller på en sekundär bärare.
Nanopartiklar, som mäter ungefär mellan 1 och 100 nanometer, är extremt användbara material att använda som katalysatorer på grund av deras stora förhållande mellan ytarea och volym jämfört med bulkmaterial.
Metoden utfördes under förhållanden som tidigare ansetts vara extremt skadliga för H2 O2 produktion och kan producera utbyten av cyklohexanonoxim jämförbara med de som ses i nuvarande kommersiella processer, samtidigt som man undviker de stora nackdelarna som är förknippade med kommersiell H2 O2 .
Dessutom kunde teamet demonstrera mångsidigheten i detta tillvägagångssätt genom att producera en rad andra industriellt viktiga kemikalier, som själva har många användningsområden.
Huvudförfattare till studien Dr. Richard Lewis, från Max Planck-Cardiff Center on the Fundamentals of Heterogeneous Catalysis, baserat på Cardiff Catalysis Institute, sa:"Detta arbete representerar ett positivt första steg mot mer hållbara selektiva kemiska omvandlingar och har potential att ersätta den nuvarande industriella vägen till cyklohexanonoxim.
"Generationen av H2 O2 genom detta nya tillvägagångssätt skulle kunna användas i ett brett spektrum av andra industriella tillämpningar som för närvarande är beroende av användningen av TS-1 och H2 O2 , potentiellt representerande en förändring i industriell oxidationskemi.
"Detta är ett tydligt bevis på att genom akademiskt och industriellt samarbete kan betydande förbättringar av nuvarande toppmoderna teknologier göras, vilket leder till betydande kostnadsbesparingar och en minskning av växthusgasutsläppen från en stor industriell process." + Utforska vidare
