Nanogold în cataliza
Catalizatori cu nanoparticule de aur sunt active în condiții blânde, chiar și la temperatura ambiantă sau mai jos, acest lucru le face unic. Acesta este motivul pentru care sunt eficiente în reducerea costurilor de producție ale combinatelor chimice, precum și utilizarea lor poate crește selectivitatea reacțiilor care au loc.
Astfel de catalizatori au toti parametrii necesari pentru rezolvarea problemelor, purificarea aerului, reducerea burnup catalizatorilor auto și de purificare a hidrogenului pentru pile de combustie; mai ales acum că durabilitatea și rezistența lor la efectele de rezistență substanțelor toxice au fost mai bune decât se anticipase inițial. Utilizarea amestecului catalizatori metale prețioase conferă o activitate mai mare decât utilizarea doar una de aur.
Aurul la scara nanometrica este deja utilizat pentru monitorizarea biomedicale a componentelor compozite de fluide corporale și cerneluri pentru tipărirea de produse decorative; pentru fabricarea de produse cosmetice si lubrifianti. Un alt aspect de interes special al utilizării de nanoparticule de aur este cataliza. Mai jos considerăm evoluțiile în această nouă tehnologie.
Activitatea catalizatorului cu nanoparticule de aur este unic, deoarece permite să lucreze la temperaturi ambientale sau chiar mai mici. Cand nanoparticule de aur sunt mai mici de 5 nm se aplică pe substrat sau bază de oxizi metalici de carbon, formează catalizatori foarte activi. In anii optzeci ai secolului trecut, Haruta a constatat că aurul pe oxidul poate fi utilizat pentru oxidarea CO la o temperatură mai mică de 0 ° C, și Hatchigs demonstrat că aurul pe carbon este cel mai bun catalizator pentru hidroclorurare a acetilenei. Aceste descoperiri importante au urmat lucrările anterioare de Bond et al. Au arătat că aurul în hidrogenarea selectivă boehmit mineral prezenței alchine unei alchene și a acordat o atenție deosebită activității în catalizatorii de oxizi de aur pentru hidrogenarea hidrocarburilor nesaturate.
Acestea și alte exemple ale catalizatorilor din nanoparticule de aur arată că investițiile necesare pentru adaptarea acestora la cerințele de utilizare comercială poate duce la mai multe tehnologii utile. Acestea pot include catalizatori pentru controlul poluării și al emisiilor în mediu, tratarea chimică în vrac și de produse chimice de specialitate, producerea de hidrogen pur pentru pile de combustie, senzori pentru detectarea gazelor toxice sau inflamabile în soluție. Deja, cercetatorii au făcut unele progrese în dezvoltarea unor metode de producție competitive cantitate substanțială de catalizator pe bază de nanoparticule de aur create metode sigure pentru depozitarea acestora pentru a se asigura catalizatori de durabilitate adecvate condițiile de funcționare necesare.
Prima utilizare practică a catalizatorului Au-Pd într-un proces industrial, sa dovedit deja. Acest catalizator este utilizat în producția de monomer acetat de vinil, construit deja o instalație pilot pentru producerea de glicolat de metil. Acum, in curs de a studia utilizarea catalizatorilor nanogold în respiratoare pentru a îndepărta monoxidul de carbon. Astfel de catalizatori utilizați în oxidarea selectivă a CO în sistemele de hidrogen (Prox), și este de asemenea utilizat în purificarea stocurilor de hidrogen pentru utilizare în celule de combustie cu membrane electrolitice polimerice.
Cele mai multe metode de producție dezvăluite Au-catalizatori, din păcate, se aplică numai în cantități mici de cercetare și este puțin probabil să fie utile pentru producția comercială. Când se utilizează metodele de preparare a unor astfel de catalizatori în soluție, aceasta necesită eliminarea completă a metalului nobil din faza lichidă. Aceste tehnologii necesită cantități mari de apă și de epurare a apelor uzate este o operație mai costisitoare.
Alte metode de obținere Au-catalizatori, cum ar fi tehnica de impregnare prin impregnarea soluție preforme umedă care cuprinde complecși de aur sunt mai potrivite pentru producția comercială în cazul în care acestea dau reproductibilă și stabil și catalizatori activi vor reduce cantitatea necesară de apă reziduală. Cu toate acestea, competitive catalizatoare financiar metodele de producție sunt deja disponibile pe piață. Ei folosesc abordări, cum ar fi utilizarea soluției și o depunere de metal vid. Deja a produs 20 kg de catalizator acoperit cu substrat de aur. Avand mai multe specii de complecși de aur solubili va oferi o dezvoltare mai rapidă a tehnologiilor creează catalizatori cu o activitate catalitică distribuită uniform.
Un avantaj potențial care dau catalizatori cu aur, în comparație cu catalizatorii cu alte metale nobile, este cost mai scăzut și o mai mare stabilitate pe prețurile de metal. Chiar dacă catalizatori pe bază de aur vor primi pe scară largă în industrie pentru a le produce atât de puțin din metal nobil, nu ar trebui să afecteze piața globală de aur, de aprovizionare și de preț. Acesta este un aspect important pentru angajatori, care ar prefera să aibă un cost stabil de utilizare a tehnologiei de producție.
Condițiile ușoare, care pot arăta catalizatori sale de activitate nanogold, le face atractive pentru a fi utilizate într-o varietate de senzori. Cercetările moderne pe catalizatori cu aur, da un motiv pentru a prezice că în următorul deceniu, vor exista mai multe de dezvoltare noi și practice de aplicare a acestora.
Acidul gluconic este un aditiv important pentru alimente și băuturi, este de asemenea folosit ca un detergent. Volumele acestei substanțe sunt 60 mii. M / g.
Un studiu efectuat de studiu Centrul Federal al Agriculturii (Braunschweig, Germania) a arătat că oxidarea glucozei la acid gluconic poate avea loc cu activitate și selectivitate înaltă prin utilizarea unui catalizator cu nanoparticule de aur sprijinite pe alumină, preparat utilizând o metodă de aplicare umedă acoperirea unei soluții de uree (Fig. 1). Un gram de aur furnizează un acid gluconic 3,8 m timp de 70 de zile. Astfel, catalizatorul a demonstrat excelenta stabilitate pe termen lung. Sudzucker Akt. brevet eliberat cu privire la utilizarea catalizatorilor de aur pentru această reacție.
Fig. 1. Conversia glucozei în acid gluconic într-o soluție alcalină apoasă.
Tehnologia de oxidare a aerului în fază lichidă a fost dezvoltat de compania japoneza Nippon Shokubai pentru o singură etapă de producție directă de glicolat de metil din etilenglicol și metanol folosind un catalizator cu nanogold:
Metil glicolul este utilizat ca solvent în producția de semiconductori și cosmetice, precum și pentru cazane și suprafețe metalice de curățare.
Demonstrarea instalației pilot, cu o capacitate de câteva tone pe lună a arătat că această reacție poate fi realizată cu succes pentru producerea continuă de produse de înaltă puritate. Unul dintre catalizatorii utilizați pentru această reacție a fost Au-Pb / Al2 O3. reacția a fost condusă la 90 ° C și o presiune de 0,1-5 MPa.
Aurul joacă un rol important în producerea de acetat de vinil, folosind catalizatori cu Au-Pd. acetat de vinil este folosit pe scară largă pentru producerea de vopsele emulsionate, tapet și lipici lemn. Există o varietate de tehnologii dovedite de producție comercială de acetat de vinii din etilenă, oxigen și acid acetic, folosind catalizatori de Au-Pd:
Tehnologii chimice pentru aceste procese au fost dezvoltate în anii șaizeci ai secolului trecut, iar exploatarea industrială a început cu anii șaptezeci. Aceste zile, acetat de vinil produs prin utilizarea catalizatorilor cu selectivitate ridicată și cu randament ridicat în multe întreprinderi din întreaga lume. Producția globală de acetat de vinil este de aproximativ 5 Mill. M / g. și în fiecare an, volumul crește. 80% acetat de vinil este produs din etilenă.
O astfel de producție consumă câteva sute de tone de catalizator pe an. Utilizate pe scară largă ca un cocatalizator, acetat de potasiu, iar compania BP tehnologie introdus recent într-un pat fluidizat; Alte tehnici implică realizarea unui procedeu cu pat fix. Catalizatorul este durabil și durează, de obicei, pentru unul - doi ani. Prezența aurului în catalizator promovează o creștere semnificativă a randamentului în raport cu volumul de catalizator în comparație cu utilizarea unui paladiu (vezi. Tabelul 1). Evident, prezența aurului are valoare comercială. aliajul substrat - Pd0,8 Au0,2. ci pe suprafața compoziției conține mai mult aur, Pd0.45 Au0.55. Rezultatele demonstrează avantajele utilizării catalizatorilor Au-Pd / SiO2 comparativ cu Pd / SiO2 sunt date în tabelul 1.
Tabelul 1 Randamentul de acetat de vinil, conform companiei DuPont.
* Într-un pat fix, după 40 de ore de funcționare, temperatura de 165 ° C, presiunea de 7,82 at. alimentând etilenă, acid acetic, oxigen și azot.
Până de curând, când catalizatorii cu nanoparticule de aur, reacția este efectuată, de obicei, cu un catalizator de paladiu. Acum este clar că aurul joacă un rol important.
controlul poluării
Nanoparticulele de aur pe oxidul poate fi utilizat ca un catalizator de transformare a gazului de apă pentru a produce hidrogen din CO și vapori de apă:
Pentru a utiliza hidrogen CO rezidual trebuie îndepărtate pentru a preveni deteriorarea catalizatorului de platină al celulei de combustibil. Sa constatat că catalizatorii cu nonozolotom ocupe efectiv această problemă, la temperatura camerei.
Proiectul Compania AUTEK a dezvoltat un nou sistem de purificare a hidrogenului pentru o celulă de combustibil cu o membrană polimerică electrolit sub marca AuroPureH2. Acesta este destinat pentru curățarea hidrogenului ieftin în vehicule pe parcursul alimentării sale la celula de combustibil direct din rezervor. catalizator Au / TiO2 a fost oxideaza foarte selectiv CO, aceasta contribuie, de asemenea, la reacția de temperatură scăzută, care nu necesită energie suplimentară pentru încălzirea reactorului. O astfel de low-cost, simplu și sistem practic pentru a reduce cantitatea de platină necesară pentru fabricarea anodului de celule de combustibil. În acest caz, care transportă o astfel de reacție aproape nu crește greutatea și volumul celulei de combustibil. îndepărtarea completă a CO din hidrogen elimina necesitatea anozi PtRu sau PtMo.
Sistemul AuroPureH2 permite reducerea concentrației de CO în H2 cu .001-0.2% sub 1 • 10-4%, este un avantaj pentru folosirea de tehnologii rezistente la PtRu sau PtMo anozi. Proiectarea unui astfel de sistem este simplu, și este planificat pentru a dezvolta această tehnologie inovatoare pentru a produce produsul, împreună cu partenerii comerciali. Un exemplu de utilizare a acestei noi tehnologii pentru alimentarea cu hidrogen care conține 0,1% CO în funcționarea celulei de combustibil cu o membrană de polimer este prezentat în figura 2.
Fig. 2. Compararea rezultatelor pentru conținutul de CO admisibil.
Tabelul 2 prezintă eficiența de reducere pentru cele patru tehnologii de testare. Concentrația de oxigen este limitat selectarea aerului și efect foarte slab asupra eficienței consumului de combustibil. Este dovedit acum că sistemul AuroPureH2 reduce concentrația de CO în curentul de hidrogen, chiar dacă a fost inițial egal cu 0,2%. Costurile de aur sunt mai puțin de 1% din Departamentul de cifre de energie de 45 $ pe kW pentru celule de combustibil concepute pentru a fi utilizate în transportul SUA.
Tabelul 2. Reducerea parametrilor de funcționare pentru cele patru tehnologii reprezentate în Fig. 2.
Necesitatea de monitorizare a calității aerului stimulează dezvoltarea de senzori care sunt selectivi pentru contaminanți gazoși specifici. Este deosebit de convenabil faptul că catalizatorii de aur poate fi folosit la temperatura ambiantă. De aceea, senzorii de gaz care utilizează nanoparticule de aur au fost dezvoltate pentru a detecta o varietate de gaze, inclusiv CO și NOx. Aurul este, de asemenea, un material deosebit de promițătoare pentru schimbarea culorii de senzori care sunt folosite pentru a monitoriza componentele fluide corporale.
Imprimare | Trimite | Asigurați-vă Pagina de start | Adauga la Favorite