Polscy chemicy odkryli, że znane katalizatory zachowują się inaczej, niż sądzono. Badacze z Instytutu Chemii Fizycznej PAN w Warszawie pokazali, że używane w przemyśle katalizatory palladowo-miedziowe zmieniają swoją strukturę zanim jeszcze przystąpią do pracy. To oznacza, że w reakcji uczestniczy w praktyce... inny katalizator niż ten, który pierwotnie przygotowano. Polskie odkrycie może pozwolić na poważne oszczędności.
Ważne dla ochrony środowiska zabiegi, na przykład usuwanie azotanów z wód gruntowych czy chloru ze ścieków z pralni chemicznych, wymagają stosowania odpowiednich katalizatorów. Często używa się do tych celów popularnych katalizatorów palladowo-miedziowych, osadzonych na nośniku z krzemionki. Zespół naukowców prowadzony przez prof. dr. hab. inż. Zbigniewa Karpińskiego z IChF PAN wykazał właśnie, że katalizatory te zachowują się jednak inaczej, niż do tej pory uważano.
Katalizator to substancja chemiczna, która uczestnicząc w reakcji przyspiesza jej przebieg i odtwarza się po jej zakończeniu. Oprócz zysku ze skrócenia czasu reakcji, efektem użycia katalizatora może być wzrost selektywności reakcji, czyli zwiększenie ilości właściwego produktu względem produktów ubocznych. Selektywne katalizatory to zwykle układy zawierające więcej niż jeden metal. Katalizatory palladowe często modyfikuje się z pomocą miedzi. Istotny wpływ na wydajność pracy katalizatora bimetalicznego mają proporcje obu użytych metali.
Aktywne nanocząstki katalizatora są osadzane na podłożu z krzemionki (SiO2). Tak przygotowany katalizator jest przed reakcją wygrzewany w wysokiej temperaturze, w obecności wodoru. Taka aktywacja nadaje jego cząsteczkom energię, pozwalającą na uczestniczenie w docelowej reakcji.
Za pomocą pomiarów rentgenowskich odkryliśmy coś, czego badacze dotychczas nie byli świadomi - mówi dr Magdalena Bonarowska (IChF PAN). Wyniki analiz wskazywały, że podczas aktywacji w atmosferze wodoru w temperaturach powyżej 400 stopni Celsjusza pallad wchodzi w oddziaływanie z krzemionką i tym samym ucieka z aktywnych drobin katalizatora. Katalizator, który pierwotnie miał powiedzmy 75 procent palladu i 25 procent miedzi, po aktywowaniu może mieć te proporcje silnie zaburzone, na przykład 50 procent do 50 procent. Co więcej, zmienia się jego struktura krystalograficzna. Oznacza to, że udział w reakcji weźmie wyraźnie inny katalizator niż ten, który był pierwotnie przygotowany! - stwierdza dr Bonarowska.
Ubytek palladu z aktywnych nanocząstek katalizatora prowadzi do jego szybszej dezaktywacji. W praktyce oznacza to dodatkowe, niemałe koszty, związane z koniecznością rozładowania reaktora chemicznego i zregenerowania lub nawet wymiany znajdującego się w nim katalizatora. Być może trzeba rozważyć aktywację katalizatora w temperaturach niższych, za to na przykład przez dłuższy czas - zauważa prof. Karpiński.
Na podstawie informacji prasowej IChF PAN
