Belli Kimyasal Reaksiyonlara Uyarlanmış Zeolit Katalizörleri
Önemli endüstriyel reaksiyonların geçiş hallerinin şeklini taklit eden moleküller, daha iyi katalizörlerin oluşturulmasına yardımcı olmaktadır.
Gözenekli yapısı sayesinde zeolitler katalizör olarak yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Bununla birlikte muazzam sayıda olan olası zeolitler, belli bir reaksiyonu katalizlemek için en iyi zeoliti bulma ve üretmeyi zorlaştırmaktadır. Ancak İspanya’daki araştırmacılar, ortak endüstriyel reaksiyonlar için üstün katalizörler seçerek yarattığı etkiyi gösteren sistematik bir teknik geliştirmişlerdir.
Zeolitler – gözenekli hidratlı alüminosilikat mineralleri- gözenekli duvarlarıyla etkileşimler sayesinde geçiş halini stabilize ederek kimyasal reaksiyonları katalize etmektedir, böylece aktivasyon enerjisini düşürmektedir. Bir zeolit, bir reaksiyonun geçiş haline sıkıca tutunabiliyorsa en etkili katalizör olarak adlandırılabilir. En iyi zeolitleri bulabilmek için bir yöntem arayışında; Valencia Politeknik Üniversitesi’nden Avelino Corma, benzer şekle sahip olan taklitlerin, amorf silika gibi materyallerde boşluklar üretmek amacıyla kullanıldığı bir metoddan esinlenmiştir. Amorf materyallerde sınırlı bir başarı elde edilmiştir. Çünkü taklidi ortadan kaldırmak için ısıtılması kaçınılmaz olarak kusurları göz önüne getirmektedir. Corma şöyle açıklamıştır: “ Bu konsepti bir kristal malzeme yapmak için kullanabileceğimi ve yapının olduğu gibi kalacağından taklitle oluşan tüm etkileşimleri koruyabileceğimi düşündüm.”
Sentetik zeolitler genelde silika-alümina jelinin hidrotermal kristalleştirilmesiyle üretilmektedir. Zeolit yapılarını genişletmek için, çeşitli ‘organik yapı yönlendirici etkenler ‘(OSDA’lar) jel üzerine eklenebilmektedir. Corma ve meslektaşları şekilleri, boyutları ve yük dağılımları istenilen reaksiyonların geçiş durumlarına mümkün olduğunca yakın olan molekülleri kullanmışlardır. Öncelikle, OSDA olarak fosfonyum katyonuna karar vererek, ksilen üretebilmekiçin toluenin oransızlığını incelemişlerdir. Elde edilen zeolit –ITQ-27, sentezlenmiştir. Ancak bu reaksiyon için hiçbir zaman bir katalizör olarak test edilmediği görülmektedir. Testler sonucunda, bu reaksiyon için endüstriyel olarak kullanılan iki katalizör olan mordenit veya ZSM-5 ‘ten daha aktif olduğu ortaya çıkmıştır.
Araştırmacılar, iki farklı endüstriyel reaksiyon için üstün zeolit katalizörleri geliştirmek amacıyla benzer teknikler kullanmıştır: biri etilbenzenin ksilenlere izomerizasyonu, diğeri ise farmasötik maddelerde ve polimerlerde kullanılan adamantanın sentezidir. Corma, ‘teorik olarak herhangi bir reaksiyonu katalizlemek için en uygun zeoliti üretmek mümkün olmalıdır’ görüşünü savunmaktadır. “Geçiş halini taklit etmek ve onu bir zeolit üretimini katalize edebilecek şekilde yapmak için bir miktar sınırlama olabilir.” diye de uyarmıştır.
ABD Arizona Devlet Üniversitesi’nden Mike Treacy, istenen reaksiyonlar için katalizörlerin seçiciliğinden etkilenmiştir. “Araştırmacılar, bir anlamda katalizöre “entropik filtre” gibi muamele ediyorlar. İstenmeyen yolları inhibe eden, yalnızca istenen reaksiyon yolunu açarak devam eden bir destek malzemesi gibi.” Şeklinde açıklama yapmıştır. “Bence bu fikrin bir avantajı var.” diye de eklemiştir.
Kaynak: chemistryworld.com
