Nanocząstki żelaza obiecującym katalizatorem

kulki

Katalizator w postaci nanocząstek żelaza został opracowany przez naukowców w Japonii oraz Kanadzie, i zapowiada się obiecująco w kwestii zdecydowanego polepszenia wydajności reakcji uwodornienia, będącej kluczową pośród szerokiej gamy procesów chemicznych wykorzystywanych w przemyśle. Czystszy, bezpieczniejszy i tańszy od tradycyjnych katalizatorów opierających się na rzadkich metalach a także bardziej przyjazny środowisku oznacza przełom na polu tzw. czystej chemii. 

Uwodornienie – inaczej zwane hydrogenizacją jest ogólnie rzecz biorąc reakcję przyłączania wodoru do dowolnego związku chemicznego W chemii organicznej uwodornienie zachodzi zazwyczaj z częściowym rozerwaniem wiązania wielokrotnego węgiel-węgiel lub węgiel-heteroatom.

Uwodornienie wykorzystuje się na masową skalę do produkcji margaryny, gdzie nienasycone tłuszcze roślinne będące cieczami w temperaturze pokojowej przeprowadza się w tłuszcze nasycone nie posiadające podwójnych wiązań C-C w swoich łańcuchach węglowodorowych; powstają przy tym znacznie większe (powyżej 5%), niż w tłuszczach zwierzęcych, m.in. w maśle, (w których stanowią 3-5%) ilości tłuszczów trans.

Przykładowa reakcja uwodornienia:

kwas oleinowy + wodór → kwas stearynowy

C17H33COOH + H2 → C17H35COOH

Tak więc hydrogenizacja jest bardzo ważnym procesem stosowanym począwszy od petrochemii, poprzez produkcję żywności a skończywszy na farmaceutyce.

Większość zastosowań hydrogenizacji stosuje katalizatory w postaci metali rzadkich takich jak pallad lub platyna, w celu przyspieszenia zachodzących reakcji chemicznych. Choć katalizatory te są bardzo wydajne, to są również drogie oraz słabo dostępne na rynku co stwarza wyzwania zarówno środowiskowe jak i ekonomiczne.

Aby nieco obejść powyższe problemy, naukowcy z McGill University, RIKEN Center for Sustainable Resource Science oraz przy wsparciu Institute for Molecular Science opracowali nową technikę katalizy przy użyciu żelaza, znacznie tańszą oraz przy użyciu wszechobecnego pierwiastka. W przeszłości zupełnie wykluczono żelazo jako katalizator ze uwagi na istotny fakt iż rdzewieje ono w obecności tlenu czy też wody co skutkowało negatywnym efektem katalizy a więc inhibicją (opóźnieniem reakcji chemicznej).

Nowa technika, opisana w czasopiśmie Green Chemistry, opiera się na wytwarzaniu nanocząstek żelaza bezpośrednio wewnątrz polimerowej matrycy która chroni powierzchnię żelaza przed rdzewieniem, pozwalając jednocześnie substratom dotrzeć do katalizatora o reagować. Powstały w ten sposób sprawny system nanocząstek żelaza stabilizowanych polimerem w wodzie jest pierwszym tego typu: bezpiecznym, tanim i przyjaznym dla środowiska systemem katalizy reakcji uwodornienia.

„Naszym celem jest opracowanie katalizatorów na bazie żelaza nie tylko i wyłącznie dla reakcji hydrogenizacji ale także dla różnorodnych przemian organicznych które mogą znaleźć zastosowanie w przemyśle w przyszłości.” Wyjaśnia Dr. Yoichi M. A. Yamada naukowiec RIKEN, autor projektu.

„Jeżeli potrafimy zastąpić katalizatory platynowe czy też palladowe, zamiennikami z żelaza możemy pokonać koszty i ograniczenia wynikające z  naszej zależności od metali rzadkich”

Źródła:
[1] Reuben Hudson, Go Hamasaka, Takao Osako, Yoichi M. A. Yamada, Chao-Jun Li, Yasuhiro Uozumi, Audrey Moores.Highly efficient iron(0) nanoparticle-catalyzed hydrogenation in water in flow. Green Chemistry, 2013; DOI: 10.1039/C3GC40789F,
[2] http://pl.wikipedia.org/wiki/Kataliza | 29.06.2013
[3] Beaded molecules by fdecomite, flickr.com, CC BY 2.0

Dodaj pierwszy komentarz

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *