Yeni Bir Kimyasal Katalizörle Plastik Kıtlığına Çözüm
İmalat tedarik zincirleri pandemi nedeniyle sıkıntılı bir yıl geçirdi. Buna bağlı olarak üretici ve tüketiciler; plastikler ve gıda ambalajları, otomotiv bileşenleri, giyim, tıbbi ve laboratuvar ekipmanları ve bunlara dayanan sayısız diğer ürünlerin hayatlarını zorlaştıran eksikliğini yaşadı.
Michigan Üniversitesi’nde geliştirilen yeni bir kimyasal katalizör, dünyanın en yaygın kullanılan ikinci plastiği için daha fazla hammadde üretilmesini sağlayabilir. Hammadde olan propilen, her yıl 8 milyon ton plastik polipropilen yapmak için kullanılır.
Doğal gazdan propilen yapabilen yeni katalizör, mevcut ticari katalizörlerden en az 10 kat daha verimlidir. Ve yenilenmeye ihtiyaç duymadan önce 10 kat daha uzun süre kullanılabilir. Bu katalizör bir silika çerçevesi tarafından desteklenen platin ve kalay nanoparçacıklardan yapıldı.
Michigan Üniversitesi Martin Lewis Perl Collegiate Kimya Mühendisliği profesörü ve Science dergisinde yayınlanan bir makalenin kıdemli yazarı Suljo Linic,” Endüstri yıllar içinde petrol hammaddelerinden kaya gazına geçti. ” dedi. “Bu nedenle, kaya gazının bir bileşeni olan propandan verimli bir şekilde propilen üretmenin bir yolunu bulmak hedef oldu. Bu katalizör bu hedefe ulaştı.”
Verimli ‘Oksidatif Olmayan Dehidrojenasyonun’ Sırrı
Propilen geleneksel olarak petrol rafinerilerinde, petrol hammaddelerini daha hafif hidrokarbon moleküllerine ayıran büyük buhar krakingleri ile üretilmektedir. Ancak propilen üretmek için kaya gazının krakingi verimsiz olmuştur.
Yeni katalizör, iki ilave hidrojene sahip olan propandan, üç karbon atomu ve altı hidrojene sahip bir molekül olan propileni verimli bir şekilde üretebilir. Burada oksidatif olmayan dehidrojenasyon adı verilen bir işlem kullanır. Mevcut katalizörlerin verimsiz olmasının nedenlerinden biri, sürece hidrojen eklemeyi gerektirmeleridir. Bu yeni süreçte böyle bir yaklaşım yoktur.
Yeni katalizörün en önemli yeniliği, mevcut katalizörlerde kullanılan alümina yerine platin ve kalay nanoparçacıklar için bir destek yapısı olarak silikayı nasıl kullandığıdır. Alümina, kalay ile reaksiyona girerek platinden ayrılmasına ve katalizörü parçalamasına neden olur. Yeni katalizör bu reaksiyonu geciktirdiği için daha uzun bir ömre sahiptir.
Michigan Üniversitesi doktora sonrası araştırma görevlisi ve makalenin ilk yazarı Ali Hussain Motagamwala, “Platin-kalay nanoparçacıkları için destek olarak silika daha önce denendi, ancak geleneksel sentez teknikleri platin ve kalay arasındaki yakın etkileşimi sağlamak için yeterince hassas değildi.” dedi.
“Bunu ilk önce mükemmel etkileşime sahip bir platin-kalay kompleksi sentezleyerek aştık. Daha sonra bu kompleksi, oksidatif olmayan propan dehidrojenasyonu sırasında aktif, seçici ve stabil olan çok iyi tanımlanmış bir katalizör üretmek için silika üzerine destekledik.”dedi.
Ticarileştirmenin anahtarı, katalizörü karbon tarafından kirlendikten sonra yeniden üretmenin bir yolunu bulmaktır. Linic “Mevcut katalizörlerin kısa ömürlü olmasına rağmen kimya endüstrisi, kirlenmiş katalizörü hızlı ve verimli bir şekilde yenileyebilen karmaşık bir sistem geliştirdi. Yeni katalizör için benzer bir sistemin geliştirilmesi gerekecektir.” dedi.
Stabilize Propilen Malzemeleri
Linic ” Bu süreci ticari ölçekte yürütecek tesis türlerini inşa etmek büyük bir yatırım olacaktır ve bu nedenle kimya endüstrisi yavaş hareket etme eğilimindedir. ” dedi. “Yeni katalizör çok iyi, ancak tekrar elde etmek bir sonraki büyük soru olacaktır.”
Katalizör hala araştırma aşamasındayken, küresel talebin artması, COVID nedenli üretim sorunları ve Körfez Kıyısı petrol rafinerilerinde kasırga ile nedeniyle bir dizi kapatma ile tükenen propilene rağmen dünyanın propilen kaynaklarını destekleme olasılığı vardır.
Kaynak: phys.org
