Wissenschaftler entdecken einen umweltfreundlicheren Weg zu weit verbreiteten Industriematerialien

Home Wissen Wissenschaftler entdecken einen umweltfreundlicheren Weg zu weit verbreiteten Industriematerialien

Bildnachweis: Pixabay/CC0 Gemeinfrei

Wissenschaftler der Cardiff University haben einen Schritt in Richtung eines umweltfreundlicheren und nachhaltigeren Weges getan, um ein Kunststoffmaterial herzustellen, das in einer Reihe von Gegenständen von Zahnbürsten und Gitarrensaiten bis hin zu medizinischen Implantaten, Baumaterialien und Autoteilen zu finden ist.

In einem neuen Artikel, der heute in der Zeitschrift veröffentlicht wurde WissenschaftDas Team berichtet über eine völlig neue Methode zur Herstellung von Cyclohexanonoxim, einem Vorläufer des Kunststoffmaterials Nylon-6, das ein wichtiges Konstruktionsmaterial ist, das in der Automobil-, Luft- und Raumfahrt-, Elektronik-, Bekleidungs- und Medizinindustrie verwendet wird.

Schätzungen zufolge wird die weltweite Produktion von Nylon-6 bis 2024 etwa 9 Millionen Tonnen pro Jahr erreichen, was Wissenschaftler dazu veranlasst, nach umweltfreundlicheren und nachhaltigeren Wegen zur Herstellung von Cyclohexanonoxim zu suchen.

Derzeit wird Cyclohexanonoxim industriell durch ein Verfahren hergestellt, das Wasserstoffperoxid (H2Ö2), Ammoniak (NH3) und einen Katalysator namens Titanosilikat-1 (TS-1).

Das H2Ö2 Das in diesem chemischen Prozess sowie in vielen anderen Prozessen verwendete Material wird an anderer Stelle hergestellt und muss verschifft werden, bevor es in der chemischen Reaktion verwendet werden kann.

Es ist ein teurer und kohlenstoffintensiver Prozess, der auch den Transport von hochkonzentriertem H erfordert2Ö2 an den Endverbraucher vor der Verdünnung, wodurch die großen Energiemengen, die während der Konzentration verwendet werden, effektiv verschwendet werden.

In ähnlicher Weise werden Stabilisierungsmittel, die häufig verwendet werden, um die Haltbarkeit von H2Ö2 können die Lebensdauer des Reaktors begrenzen und müssen oft entfernt werden, bevor ein Endprodukt erreicht wird, was zu zusätzlichen wirtschaftlichen und ökologischen Kosten führt.

Um dieses Problem zu lösen, entwickelte das Team eine Methode, bei der H2Ö2 wird in situ aus verdünnten Wasserstoff- und Sauerstoffströmen unter Verwendung eines Katalysators synthetisiert, der aus Gold-Palladium (AuPd)-Nanopartikeln besteht, die entweder direkt auf das TS-1 oder auf ein sekundäres Medium geladen werden.

Nanopartikel, die ungefähr zwischen 1 und 100 Nanometer groß sind, sind aufgrund ihres großen Oberfläche-zu-Volumen-Verhältnisses im Vergleich zu Massenmaterialien äußerst nützliche Materialien für die Verwendung als Katalysatoren.

Die Methode wurde unter Bedingungen durchgeführt, von denen zuvor angenommen wurde, dass sie extrem schädlich für H2Ö2 Produktion und kann Ausbeuten an Cyclohexanonoxim erzeugen, die mit denen in derzeitigen kommerziellen Verfahren vergleichbar sind, während die mit kommerziellen H2Ö2.

Darüber hinaus konnte das Team die Vielseitigkeit dieses Ansatzes demonstrieren, indem es eine Reihe anderer industriell wichtiger Chemikalien herstellte, die selbst sehr unterschiedliche Anwendungen haben.

Der Hauptautor der Studie, Dr. Richard Lewis vom Max Planck–Cardiff Center on the Fundamentals of Heterogeneous Catalysis am Cardiff Catalysis Institute, sagte: „Diese Arbeit stellt einen positiven ersten Schritt in Richtung selektiverer chemischer Transformationen dar. nachhaltig und hat die Potenzial, den derzeitigen industriellen Weg zu Cyclohexanonoxim zu ersetzen.

„Generation h2Ö2 Dank dieses neuen Ansatzes könnte es in einer Vielzahl anderer industrieller Anwendungen eingesetzt werden, die derzeit auf die Verwendung von TS-1 und H angewiesen sind2Ö2möglicherweise einen entscheidenden Wandel in der industriellen Oxidationschemie darstellen.

„Dies ist ein klarer Beweis dafür, dass durch die Zusammenarbeit von Wissenschaft und Industrie erhebliche Verbesserungen an aktuellen Spitzentechnologien vorgenommen werden können, was zu erheblichen Kosteneinsparungen und reduzierten Treibhausgasemissionen aus einem großen Industrieprozess führt.


Direkte Synthese von Wasserstoffperoxid unter Verwendung von TS-1-gestützten Katalysatoren


Mehr Informationen:
Richard J. Lewis et al, Hocheffiziente katalytische Produktion von Oximen aus Ketonen unter Verwendung von in situ erzeugtem H2Ö2, Wissenschaft (2022). DOI: 10.1126/science.abl4822

Bereitgestellt von der Universität Cardiff


Zitieren: Scientists Discover Greener Route to Widely Used Industrial Materials (2022, 5. Mai) Abgerufen am 5. Mai 2022, von https://phys.org/news/2022-05-scientists-greener-route-widely-industrial.html

Dieses Dokument ist urheberrechtlich geschützt. Mit Ausnahme der fairen Verwendung für private Studien- oder Forschungszwecke darf kein Teil ohne schriftliche Genehmigung reproduziert werden. Der Inhalt dient nur zur Information.