Platin, Pvc Üretimini Daha Yeşil ve Daha Ucuz Hale Getiriyor
Tek atomlu bir platin katalizörü, PVC üretmek için içeriği sentezlemek için kullanılan yüksek derecede toksik cıva yerine kullanılabilir. Yeni platin katalizörü, endüstri tarafından kullanılanın iki katı kadar verimlidir, cıva kirliliğini kesebilir ve ölçeklendirme için uygun olmalıdır.
Vinil klorür üretimi, dünyadaki en yaygın endüstriyel işlemlerden biridir ve küresel üretimin yılda 50 milyon tondan fazla olduğu tahmin edilmektedir. Üçte biri kadarı, oldukça toksik bir cıva katalizörüne dayanan asetilen hidroklorinasyon kullanılarak sentezlenir.
Dünya çapında üretilen cıvaların yarısından fazlası vinil klorür üretiminde katalizör olarak kullanılıyor,” diye açıklıyor ETH Zürih’ten Javier Pérez-Ramírez. ‘Her yıl yaklaşık 40 ton, buharlaşıyor ve atmosferi kirletiyor.’ Daha çevre dostu bir çözüm bulmak için araştırmacılar, özellikle aktif karbonda desteklenen altın ve rutenyum gibi diğer katalizörleri araştırdı . Ancak, bu çözümlerle ilgili bir takım sorunlar vardır. Pérez-Ramírez, “Metal bazlı katalizörler, esas olarak sinterleme ve kirlenme nedeniyle aktif metal bölgelerinin azalmasından dolayı deaktivasyondan muzdariptir” diye açıklıyor.
Ekip alternatif olarak platin keşfetmeye karar verdi. Katalizörün hazırlanması basittir. Pérez-Ramírez, “Platin emdirilmiş aktif karbonu sulu bir kloroplatinik asit çözeltisine bırakıyoruz” diyor. Platin atomları karbonun gözeneklerine bağlı kalır ve daha sonra katalizör ısıtılarak etkinleştirilir. Literatürde altın katalizörler için açıklanan benzer metal yükleri ve reaksiyon koşullarını kullanarak, Pérez-Ramírez ekibi sürecin verimliliğini iki katına çıkarmayı başardı. “Platinun şu anda altından% 40 daha ucuz ve kullandığımız düşük metal yükleri göz önüne alındığında, bu sürecin kimya endüstrisi için çok cazip olması gerekiyor.”
En iyi platin katalizörü bulmak için, ekip sentetik koşulları farklı metal nanoyapılar – tek atomlardan nanoparçacıklara – ve karbon bazlı destekler sağlamak için değiştirdi ve hem deneyleri hem de teoriyi kullanarak performanslarını araştırdı.
Katalonya Kimyasal Araştırmalar Enstitüsü’nden Núria López, ‘Deneylerin ve DFT’nin entegrasyonu, aktif karbon üzerine biriken platin tek atomların yüksek stabilitesini açıklayan reaksiyon mekanizmasını ve belirli aktif bölgeyi anlamak için çok önemliydi’ diye açıklıyor. Hesaplamalı çalışma, azot katkılı karbon üzerinde desteklenen metal bazlı katalizörlerin kararsızlığını da açıklar. Son birkaç yılda, kimyagerler metal atomlarını desteğe daha iyi tutturmak için azot eklediler. Bununla birlikte, bu yeni sonuçlar aslında katalizörü zehirleyerek kok oluşumunu desteklediğini göstermektedir.
İngiltere’deki Cardiff Üniversitesi’nde bir kataliz uzmanı olan Graham Hutchings , platin katalizörlerin gerçekten hızlı bir şekilde deaktive olma eğiliminde olduğunu ve ‘karbon desteği dikkatlice uyarlayarak bunları vinil klorür üretimi için nasıl stabilize etmeyi başardıklarından’ etkilendiğini açıklıyor. “Ayrıca, zaten mevcut olan altın katalizörlerle karşılaştırılabilir bir seçicilik sağladılar ve polimerizasyon veya istenmeyen herhangi bir alt ürün izi yok.” Yine de, platinin altını yenme olasılıkları konusunda şüpheci. Hutchings ekibi, ‘üç ila beş kat daha aktif ve ticari ölçekte binlerce saat boyunca kararlı’ olan vinil klorür üretimi için altın-kükürt katalizörü üretmek için endüstriyel ortaklarla işbirliği yaptı. 2
Pérez-Ramírez, Hutchings’in altın katalizine uzun zamandır devam eden katkılarını kabul ediyor, ancak yine de platinleri için avantajlar görüyor. “Sonuçlarımız altın atomlarının toplandığını ve devre dışı bırakıldığını gösteriyor.” diyor. ‘Artı, altın kullanırken, katalizörü hazırlamak için genellikle çok da çevre dostu olmayan ‘kral suyu’na güveniriz.’
“Bildiğim kadarıyla, bu, vinil klorür sentezi için kullanılan oldukça aktif ve kararlı bir platin katalizörün ilk raporu ve daha yeşil katalizörlere karşı yeni bir yol açıyor” diyor Çin Bilimler Akademisi’nin Dalian Kimyasal Fizik Enstitüsü’nden Tao Zhang. Bu çalışma özellikle ‘vinil klorür üretiminin% 75’inden fazlasının cıva bazlı katalizörlere dayandığı’ Çin’de önemli olabilir.
Hem Zhang hem de Hutchings, araştırmacılar sadece 70 saat boyunca istikrarını gösterdiğinden, yeni sürecin endüstriyel bir uygulama bulmaktan çok uzak olduğunu düşünüyorlar. Ancak Pérez-Ramírez ve ekibi iyimser olmaya devam ediyor ve bu platin temelli süreç için bir pilot tesis denemesinin ‘uygulanabilir görüntüsünün’ olduğuna inanıyorlar.
Kaynak: chemistryworld.com
