Przełom w katalizie: węglik wolframu zamiast platyny
W wielu procesach chemicznych, od produkcji tworzyw sztucznych po detergenty, kluczową rolę odgrywają katalizatory oparte na metalach szlachetnych, takich jak platyna. Jednak ich wysoka cena i ograniczona dostępność stanowią istotne wyzwanie dla przemysłu. Zespół naukowców z Uniwersytetu Rochester wykazał, iż odpowiednio przygotowany węglik wolframu może skutecznie zastąpić platynę w wielu reakcjach, w tym w przetwarzaniu dwutlenku węgla i recyklingu odpadów plastikowych.
Znaczenie struktury atomowej katalizatora
Jak podkreśla Sinhara Perera, doktorantka inżynierii chemicznej, kluczowym czynnikiem jest sposób, w jaki atomy węglika wolframu układają się w różnych fazach. Zespół badawczy opracował metodę precyzyjnego kontrolowania struktury katalizatora w warunkach wysokotemperaturowych, uzyskując fazę β-W2C, która okazała się wyjątkowo skuteczna w reakcjach konwersji CO2 na paliwa i związki chemiczne.
„Nie było jasności co do struktury powierzchni węglika wolframu, ponieważ bardzo trudno jest ją zmierzyć w warunkach reakcji chemicznych.”
Wydajniejsze przetwarzanie odpadów plastikowych
Oprócz konwersji CO2, badania wykazały, iż węglik wolframu znacząco przewyższa platynę w procesie hydrokrakingu odpadów plastikowych, szczególnie polipropylenu. W odróżnieniu od katalizatorów platynowych, które mają ograniczoną przepuszczalność dla dużych cząsteczek polimerów, nowy materiał umożliwia efektywny rozkład długich łańcuchów węglowych bez konieczności stosowania mikroporowatych struktur.
„Te duże, masywne łańcuchy polimerowe mogą łatwiej oddziaływać z węglikiem wolframu, ponieważ nie mają ograniczeń związanych z mikroporami występującymi w typowych katalizatorach platynowych.”
Wyniki eksperymentów wskazują, iż węglik wolframu jest ponad 10 razy bardziej wydajny od platyny w rozkładzie plastików, a jednocześnie znacznie tańszy.
Precyzyjny pomiar temperatury – klucz do efektywności
Postęp w katalizie umożliwiły także nowe techniki optycznego pomiaru temperatury na powierzchni katalizatora, opracowane we współpracy z laboratorium prof. Andrei Pickel. Pozwoliły one na dokładniejsze monitorowanie i kontrolę przebiegu reakcji, co przekłada się na lepszą powtarzalność i efektywność procesów.
„Dowiedzieliśmy się, iż w zależności od typu reakcji, pomiar temperatury metodami objętościowymi może być obarczony błędem sięgającym choćby 10–100°C.”
Znaczenie dla gospodarki obiegu zamkniętego
Odkrycia naukowców z USA otwierają nowe perspektywy dla recyklingu plastiku i redukcji emisji CO2. Węglik wolframu, dzięki swojej dostępności i wysokiej skuteczności, może przyczynić się do rozwoju bardziej zrównoważonych technologii w przemyśle chemicznym i energetycznym.
Źródło: ScienceDaily
