15.12.2018
PL EN
07.12.2018 aktualizacja 07.12.2018

Interaktywne sterowanie rozmiarami nanocząstek katalizatora

Barwnik PTEBS ułatwi wykrywanie wczesnych oznak chorób neurodegeneracyjnych. Źródło: IChF PAN, Grzegorz Krzyżewski Barwnik PTEBS ułatwi wykrywanie wczesnych oznak chorób neurodegeneracyjnych. Źródło: IChF PAN, Grzegorz Krzyżewski

5, 10, a może 15? Ile nanometrów powinny liczyć nanocząstki katalizatora, żeby reakcja przebiegała optymalnie? Odpowiedzi zwykle szuka się poprzez mozolne testy. W IChF PAN opracowano technikę usprawniającą przebieg takiej optymalizacji w układach mikrofluidycznych. Rozmiary nanocząstek katalizatora można teraz zmieniać w zależności od potrzeb, zachowując ciągły przepływ przez złoże katalizatora.

Działanie katalizatorów typu metal-nośnik często zależy od rozmiarów nanocząstek metalu, których wielkość na ogół ustala się w trakcie wielu kolejnych prób. Metoda jest mało elastyczna: gdy reakcje już się rozpoczną, z katalizatorem nie można zrobić w zasadzie nic - informuje w komunikacie prasowym Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk.

W placówce tej, w grupie dr. hab. Jacinto Sa, zaprezentowano działanie nowej techniki, pozwalającej na optymalizowanie reakcji chemicznych podczas mikrofluidycznego przepływu mieszanin: modyfikującej i reakcyjnej, przez złoże katalizatora, a zatem dosłownie „w locie”. Efekt ten osiągnięto za pomocą interaktywnej kontroli rozmiarów nanocząstek samego katalizatora. Z uwagi na swą prostotę i efektywność, nowatorska technika powinna wkrótce znaleźć zastosowanie w badaniu katalizatorów istotnych m.in. w przemyśle farmaceutycznym i perfumeryjnym.

„Kataliza przepływowa staje się coraz popularniejsza, bo prowadzi do intensyfikacji procesów istotnych dla przemysłu. Nasza technika to kolejny krok w tym kierunku: skracamy czas niezbędny na dobór rozmiarów nanocząstek katalizatora pod kątem optymalizacji, a nawet kierunku przebiegu reakcji chemicznych. Nie bez znaczenia jest też fakt, że cały proces realizujemy w obrębie jednego, niewielkiego urządzenia, co redukuje nakłady sprzętowe” - mówi dr Sa, cytowany w komunikacie prasowym.

Użyty w doświadczeniu katalizator niklowy NiTSNH2, w postaci drobnego czarnego proszku, został wcześniej opracowany w IChF PAN. Składa się on z ziaren żywicy polimerowej, których powierzchnie są pokryte przez niklowe nanocząstki. Rozmiary ziaren to ok. 130 mikrometrów, a same nanocząstki mają początkowo 3-4 nanometry.

„Istota naszego osiągnięcia polega na zaprezentowaniu możliwości zmodyfikowania morfologii nanocząstek katalizatora w sekwencji z reakcją chemiczną. W efekcie po każdej zmianie wielkości nanocząstek otrzymujemy natychmiastową informację o wpływie tej zmiany na aktywność katalizatora. Łatwo więc ocenić, jaki katalizator jest optymalny dla danej reakcji chemicznej” - wyjaśnia doktorant Damian Giziński (IChF PAN).

W mikroreaktorze opisanym na łamach czasopisma „ChemCatChem” badacze w kontrolowany sposób zwiększali rozmiary nanocząstek katalizatora do 5, 9 i 12 nm. Efekt wzrostu osiągnięto, przepłukując złoże katalizatora alkoholowym roztworem zawierającym jony niklu. W obrębie złoża były one osadzane na istniejących nanocząstkach i redukowane pod wpływem wodoru. O ostatecznej wielkości nanocząstek katalizatora decydował czas przepłukiwania złoża - informuje IChF PAN.

Jak wyjaśniają eksperci z IChF PAN, w przypadku omawianej reakcji z cytralem, największą aktywność katalizatora zaobserwowano przy nanocząstkach o rozmiarze 9 nm. Zauważono także, że do wielkości 9 nm wzrost nanocząstek sprzyjał przekierowaniu reakcji w kierunku produkcji cytronellalu, podczas gdy powyżej tej wartości powstawał cytronellol. Oba otrzymane związki różnią się nieco właściwościami: cytronellal jest używany do odstraszania owadów, zwłaszcza komarów, a także jako środek przeciwgrzybiczny; cytronellol natomiast nie tylko odstrasza owady, ale także wabi roztocza, jest również stosowany do produkcji perfum.

Dla potencjalnych zastosowań nowej techniki modyfikacji katalizatorów nie bez znaczenia jest fakt, że wprowadzane zmiany wydają się być względnie trwałe. W testowanym układzie katalizator po zmodyfikowaniu zachowywał swoje właściwości przez co najmniej pięć godzin ciągłego przepływu mieszaniny reakcyjnej.

Badania nad interaktywną modyfikacją katalizatorów sfinansowano z grantu OPUS Narodowego Centrum Nauki.

PAP - Nauka w Polsce

ekr/

Copyright © Fundacja PAP 2018