Immagini HAADF di 2,4% Au - 2,4% Pd - 0,2% Pt / campione calcinato TS-1. Credito:Dr Qian He
Perossido di idrogeno (H 2 oh 2 ) ha molti usi industriali, dal trattamento delle acque e dal candeggio alla sintesi chimica. Sebbene l'attuale processo di produzione sia altamente efficiente, richiede una grande infrastruttura. Lavoro recentemente svolto in collaborazione con un partner industriale, e pubblicato su ChemCatChem, dimostra un metodo per la sintesi diretta di H 2 oh 2 da idrogeno e ossigeno, utilizzando un silicato di titanio commerciale chiamato TS-1, come supporto per catalizzatori Gold Palladium (AuPd) e Gold Palladium Platinum (AuPdPt), una reazione che potrebbe essere condotta in situ come primo passo in un processo di fabbricazione. Mostra che l'introduzione di piccole concentrazioni di platino in un catalizzatore AuPd/TS-1 supportato può migliorare significativamente la selettività catalitica verso H 2 oh 2 , migliorando le rese complessive e rappresentando un sistema promettente per esplorare la sintesi diretta di H 2 oh 2 .
Perossido di idrogeno (H 2 oh 2 ) è un potente, ossidante industriale ecologico, che (a differenza di altri comuni agenti ossidanti) produce solo acqua come sottoprodotto. h 2 oh 2 viene utilizzato principalmente per sbiancare carta e tessuti, e nella sintesi chimica, ed è sempre più utilizzato per trattare i rifiuti industriali rispetto agli ossidanti contenenti cloruro. Domanda globale di H 2 oh 2 dovrebbe superare i 5,5 milioni di tonnellate entro il 2020, con una domanda in aumento ad un tasso del 4% all'anno. L'aumento della domanda proviene principalmente dall'industria della sintesi chimica, con H 2 oh 2 utilizzato nella produzione di ossido di propilene e cicloesanone ossima, intermedi chiave per la produzione di polimeri.
Al momento, il perossido di idrogeno è quasi interamente prodotto tramite il processo di ossidazione dell'antrachinone (AO), sviluppato da BASF nel 1939. Il processo AO è estremamente efficiente, ma è anche un processo complesso che richiede operazioni su scala molto ampia, che impedisce H 2 oh 2 dalla produzione al punto di utilizzo. È anche instabile a temperature relativamente miti, e richiede l'uso di agenti stabilizzanti acidi per impedirne la decomposizione in acqua. L'uso di questi agenti acidi può causare corrosione nei reattori, e comporta costi significativi per l'utilizzo, chi deve rimuoverli dai loro flussi di prodotti.
Il professor Graham Hutchings dell'Università di Cardiff e il suo team di progettisti di catalizzatori hanno studiato metodi per sintetizzare direttamente H 2 oh 2 da idrogeno e ossigeno, per fornire un processo più verde per H 2 oh 2 generazione che può essere adottata al punto d'uso. Avendo precedentemente dimostrato un potenziamento della selettività catalitica verso la sintesi diretta di H 2 oh 2 con l'aggiunta di platino (Pt) ad un catalizzatore bimetallico oro-palladio (AuPd) supportato su biossido di cerio e biossido di titanio, in questo lavoro hanno studiato l'uso di uno zeotipo commerciale silicato di titanio (TS-1) come supporto per catalizzatori di nanoparticelle AuPdPt per H diretto 2 oh 2 sintesi, in collaborazione con un partner industriale. L'analisi presso ePSIC ha dimostrato che il rapporto Au:Pd cambia in base alla dimensione delle nanoparticelle, con alcuni piccoli contenenti nient'altro che palladio.
La morfologia delle nanoparticelle
Il prof. Hutchings dice, "Siamo specializzati in 'reazioni ragionevolmente stimolanti, ' e l'accesso a ePSIC è la chiave del nostro lavoro. Prenotiamo il tempo in blocchi di tre giorni, in questo caso sul microscopio E01-JEM ARM 200CF, per eseguire la microscopia elettronica a trasmissione a scansione (STEM) e la spettroscopia a dispersione di energia a raggi X (X-EDS). I membri del nostro team sono formati per utilizzare il microscopio ed elaborare i dati, e poter osservare la morfologia delle nanoparticelle, e per fare un'analisi elementare, è estremamente prezioso."
Il team è stato in grado di dimostrare l'efficacia dei catalizzatori AuPd e AuPdPt supportati da TS-1 per la sintesi diretta di H 2 oh 2 , e ha stabilito un metodo per impartire stabilità al catalizzatore tramite un trattamento termico appropriato mantenendo la struttura MFI dello zeotipo. Hanno mostrato che, attraverso l'introduzione di piccole concentrazioni di platino in un catalizzatore AuPd/TS-1 supportato, è possibile aumentare significativamente la selettività catalitica verso H 2 oh 2 , migliorando le rese complessive e rappresentando un sistema promettente per esplorare la sintesi diretta di H 2 oh 2 . Questa è stata la prima fase di un progetto per sviluppare una procedura per sintetizzare H 2 oh 2 in situ e poi utilizzarlo nelle reazioni chimiche. Il lavoro è stato completato, e ulteriori documenti saranno pubblicati a tempo debito.
