Imágenes HAADF de muestra calcinada de 2,4% Au - 2,4% Pd - 0,2% Pt / TS-1. Crédito:Dr. Qian He
Peróxido de hidrógeno (H 2 O 2 ) tiene muchos usos industriales, desde el tratamiento del agua y el blanqueo hasta la síntesis química. Aunque el proceso actual para producirlo es muy eficiente, requiere una gran infraestructura. Trabajo realizado recientemente en colaboración con un socio industrial, y publicado en ChemCatChem, demuestra un método para la síntesis directa de H 2 O 2 de hidrógeno y oxígeno, utilizando un silicato de titanio comercial llamado TS-1, como soporte para catalizadores Gold Palladium (AuPd) y Gold Palladium Platinum (AuPdPt), una reacción que podría llevarse a cabo in situ como primer paso en un proceso de fabricación. Muestra que la introducción de pequeñas concentraciones de platino en un catalizador de AuPd / TS-1 soportado puede mejorar significativamente la selectividad catalítica hacia H 2 O 2 , mejorando los rendimientos generales y representando un sistema prometedor para explorar la síntesis directa de H 2 O 2 .
Peróxido de hidrógeno (H 2 O 2 ) es un poderoso, oxidante industrial ecológico, que (a diferencia de otros agentes oxidantes comunes) produce solo agua como subproducto. H 2 O 2 se utiliza principalmente para blanquear papel y textiles, y en síntesis química, y se utiliza cada vez más para tratar residuos industriales con preferencia a oxidantes que contienen cloruro. Demanda mundial de H 2 O 2 se espera que supere los 5,5 millones de toneladas para 2020, con un aumento de la demanda a una tasa del 4% anual. El aumento de la demanda proviene principalmente de la industria de síntesis química, con H 2 O 2 utilizado en la producción de óxido de propileno y ciclohexanona oxima, intermedios clave para la producción de polímeros.
En este momento, El peróxido de hidrógeno se produce casi en su totalidad a través del proceso de oxidación de antraquinona (AO), desarrollado por BASF en 1939. El proceso AO es extremadamente eficiente, pero también es un proceso complejo que requiere una operación a gran escala, que previene H 2 O 2 se produzca en el punto de uso. También es inestable a temperaturas relativamente suaves, y requiere el uso de agentes estabilizantes ácidos para evitar que se descomponga en agua. El uso de estos agentes ácidos puede provocar corrosión en los reactores, y resulta en costos significativos para el uso, quién debe eliminarlos de sus flujos de productos.
El profesor Graham Hutchings de la Universidad de Cardiff y su equipo de diseñadores de catalizadores han estado investigando métodos para sintetizar directamente H 2 O 2 de hidrógeno y oxígeno, para proporcionar un proceso más ecológico para H 2 O 2 generación que se puede adoptar en el punto de uso. Habiendo demostrado previamente una mejora en la selectividad catalítica hacia la síntesis directa de H 2 O 2 con la adición de platino (Pt) a un catalizador bimetálico de oro-paladio (AuPd) soportado en dióxido de cerio y dióxido de titanio, En este trabajo investigaron el uso de un silicato de titanio zeotipo comercial (TS-1) como soporte para catalizadores de nanopartículas de AuPdPt para H directo 2 O 2 síntesis, en colaboración con un socio industrial. El análisis en ePSIC ha demostrado que la relación Au:Pd cambia según el tamaño de las nanopartículas, con algunos pequeños que contienen nada más que paladio.
La morfología de las nanopartículas
El profesor Hutchings dice:"Nos especializamos en 'reacciones razonablemente desafiantes, 'y el acceso a ePSIC es clave para nuestro trabajo. Reservamos el tiempo en bloques de tres días, en este caso en el microscopio E01-JEM ARM 200CF, para realizar Microscopía Electrónica de Transmisión de Barrido (STEM) y Espectroscopía Dispersiva de Energía de Rayos X (X-EDS). Los miembros de nuestro equipo están capacitados para usar el microscopio y procesar los datos, y poder observar la morfología de las nanopartículas, y hacer un análisis elemental, es extremadamente valioso ".
El equipo pudo demostrar la eficacia de los catalizadores AuPd y AuPdPt soportados por TS-1 para la síntesis directa de H 2 O 2 , y estableció un método para impartir estabilidad al catalizador mediante un tratamiento térmico apropiado mientras se mantiene la estructura MFI del zeotipo. Ellos demostraron que mediante la introducción de pequeñas concentraciones de platino en un catalizador de AuPd / TS-1 soportado, es posible mejorar significativamente la selectividad catalítica hacia H 2 O 2 , mejorando los rendimientos generales y representando un sistema prometedor para explorar la síntesis directa de H 2 O 2 . Esta fue la primera etapa de un proyecto para desarrollar un procedimiento para sintetizar H 2 O 2 in situ y luego utilizarlo en reacciones químicas. El trabajo ha sido completado, y se publicarán más artículos a su debido tiempo.
