Nowatorskie katalizatory nośnikowe – wsparcie dla przemysłu

Dr inż. Ewa Iwanek z Wydziału Chemicznego PW wraz ze swoimi dyplomantami opracowuje wysoce aktywne katalizatory nośnikowe, w których faza aktywna osadzana jest na wysokopowierzchniowych tlenkowych roztworach stałych. Nośniki te to tlenki (CeO2, ZrO2 i Al2O3) domieszkowane niewielką ilością obcych jonów – zabieg ten pozwala zachować strukturę tlenku macierzystego, a jednocześnie nadać mu korzystniejsze właściwości fizykochemiczne. 

W przeciwieństwie do wysokotemperaturowych roztworów stałych, stosowanych m.in. w ogniwach paliwowych i otrzymywanych w warunkach spiekania, zespół dr Iwanek wykorzystuje niskotemperaturową metodę syntezy. Dzięki temu możliwe jest uzyskanie tlenków o rozbudowanej powierzchni, idealnych do zastosowań katalitycznych.

Efektem prowadzonych badań jest przyznany patent (nr 246995) na wynalazek pt. „Heterogeniczny katalizator rutenowy, sposób jego otrzymywania oraz zastosowanie w reakcjach katalitycznego przeniesienia wodoru”. W toku prac badawczych stwierdzono, że tlenek rutenu bardzo dobrze wiąże się ze stałym nośnikiem, którym jest tlenek ceru modyfikowany jonami cyrkonu, a uzyskane układy są bardzo aktywne w reakcjach katalitycznego przeniesienia wodoru. Reakcja ta polega na przeniesieniu wodoru z taniego, drugorzędowego alkoholu (2-pentanolu) do acetofenonu. Dzięki wysokiej aktywności katalizatora proces ten może przebiegać w łagodnych warunkach – bez użycia toksycznych rozpuszczalników, niebezpiecznych reagentów ani sprężonego wodoru – prowadząc do redukcji acetofenonu do 1-fenylo-1-etanolu.

Obraz

Innowacyjne podejście dr Iwanek otwiera nowe perspektywy w projektowaniu katalizatorów. 

– Poprzez odpowiedni dobór tlenku macierzystego, rodzaju i ilości jonu domieszkującego możemy nie tylko poprawić właściwości istniejących nośników, ale także nadać im zupełnie nowe cechy – mówi Ewa Iwanek. – Pozwala to zoptymalizować interakcje między nośnikiem a fazą aktywną, co przekłada się na wysoką aktywność w przeniesieniu wodoru oraz kluczowych reakcjach przemysłowych – takich jak spalanie tlenku węgla i węglowodorów, spalanie sadzy etc.

Reakcje te mają szerokie zastosowanie w nowoczesnym przemyśle. Spalanie tlenku węgla i węglowodorów odgrywa kluczową rolę w systemach oczyszczania spalin, turbinach gazowych oraz w produkcji energii. Spalanie sadzy jest istotne w technologii filtrów cząstek stałych (DPF) stosowanych w silnikach Diesla oraz w instalacjach przemysłowych, gdzie kontrola emisji cząstek stałych jest priorytetem. Z kolei katalityczne przeniesienie wodoru może znaleźć zastosowanie w przemyśle chemicznym i farmaceutycznym, m.in. redukcji ketonów w syntezie alkoholi.