Nanogold в катализа
Катализатори със златни наночастици са активни при меки условия, дори при стайна температура или по-долу, това ги прави уникален. Ето защо те са ефективни за намаляване на разходите за производство на химически заводи, както и използването им може да се увеличи на селективността на реакциите, които се провеждат.
Такива катализатори са всички необходими параметри за решаване на проблемите, пречистване на въздуха, намаляване на изгаряне на ядреното автомобилни катализатори и пречистване водород за горивни клетки; особено сега, че тяхната трайност и устойчивост на въздействието на токсични вещества съпротива са по-добре, отколкото се очакваше първоначално. Използването на благородни метали катализатори смес дава по-висока активност в сравнение с използването само на един злато.
Gold на нано вече се използва за биомедицински наблюдение на съставните компоненти на телесни течности и мастила за отпечатване на декоративни продукти; за производството на козметични средства и лубриканти. Друг аспект от специален интерес за използване на златни наночастици е катализа. По-долу сме разглежда развитието на тази нова технология.
Активността на катализатор със златни наночастици е уникална, защото тя позволява да се работи при стайна температура или дори по-ниска. Когато златни наночастици са по-малки от 5 пМ се прилага към субстрата или основни метални оксиди на въглерод, образува силно активни катализатори. През осемдесетте години на миналия век, Haruta намерено, че златото на оксид може да се използва за окисление на СО при температура по-ниска от 0 ° С, и Hatchigs доказано, че златото върху въглен е най-добрият катализатор за хидрохлориране на ацетилен. Тези важни открития последвани рано работа на Бонд и др. Показват, че златото в минерално бьомит селективно хидриране на алкин присъствие на алкен, и се обърне специално внимание на активността на катализаторите на злато оксид за хидриране на ненаситени въглеводороди.
Тези и други примери за катализаторите на златни наночастици показват, че съответните инвестиции за привеждане в съответствие с изискванията на комерсиално използване може да доведе до много полезни технологии. Те могат да включват катализатори за контрол на замърсяването и емисиите в околната среда, химическа обработка на насипни и специални химикали, производството на чист водород за горивни клетки, сензори за откриване на токсични или запалими газове в разтвор. Вече, изследователите са направили известен напредък в развитието на конкурентоспособни производствени методи значително количество катализатор на базата на златни наночастици, създадени надеждни методи за тяхното съхранение, за да се осигурят адекватни дълготрайност катализатори необходимите условия на работа.
Първият практическото използване на о-Pd катализатор в промишлен процес вече се оказа. Този катализатор се използва в производството на винил ацетат мономер, вече изградена пилотна инсталация за получаване на метил гликолат. Сега в ход да се проучи използването на катализатори nanogold в респиратори за отстраняване на въглероден окис. Такива катализатори, използвани за селективно окисление на СО в водородни (Prox) системи, и се използват също за пречистване на водородни запаси за използване в горивни клетки с полимерни електролити мембрани.
Повечето методи на производство, разкрити о-катализатори за съжаление, приложими само в малки количества за научни изследвания и е малко вероятно да бъде полезна за търговско производство. При използване на методите за получаване на такива катализатори в разтвор, то изисква пълното отстраняване на благороден метал от течната фаза. Тези технологии се нуждаят от големи количества вода и пречистване на отпадъчни води е по-скъпо на работа.
Други методи за получаване на о-катализатори, като например импрегниране техника чрез импрегниране разтвор мокро преформа, съдържащ златни комплекси са по-подходящи за търговско производство, ако те дават възпроизводим и стабилни и активни катализатори ще намали необходимото количество отпадъчни води. Въпреки това, конкурентни финансово катализатори производствени методи вече са на разположение на пазара. Те използват подходи, като например използването на разтвора и вакуумно отлагане на метал по. Вече произвежда 20 кг катализатор покрити със злато субстрат. Като повече видове разтворими златни комплекси ще осигури по-бързо развитие на технологиите създават катализатори с равномерно разпределен катализатор активност.
Едно потенциално предимство, че се получава катализатор със злато, в сравнение с катализатори с други благородни метали, е по-ниска цена и по-голяма стабилност на цените на металите. Дори и златни катализатори на основата ще получат широко разпространени в индустрията за производството им толкова малко благороден метал, той не трябва да се отрази на световната злато пазара, доставка и цена. Това е важен фактор за работодатели, които биха предпочели да имат стабилна разходите за използване на производствения си технология.
Леките условия, които могат да покажат своите дейности катализатори nanogold, ги правят привлекателни за използване в различни сензори. Съвременните изследвания на катализатори с злато, дават основание да се прогнозира, че през следващото десетилетие ще има много нови и практическо развитие на тяхното прилагане.
Глюконова киселина е важна добавка за храни и напитки, се използва също като препарат. Обемите на това вещество са 60 хиляди. M / г.
Проучване на Федерална център изследване на земеделието (Braunschweig, Germany) показа, че окислението на глюкоза до глюконова киселина може да се получи с висока активност и селективност, като се използва катализатор със златни наночастици подкрепен върху алуминиев оксид, получен с използване на мокър метод прилагане покриване на разтвор на урея (фиг. 1). Един грам злато осигурява 3.8 m глюконова киселина в продължение на 70 дни. Така, катализаторът демонстрира отлична дългосрочна стабилност. Südzucker Акт. патент, издаден на използването на златни катализатори за тази реакция.
Фиг. 1. Превръщането на глюкоза до глюконова киселина във воден алкален разтвор.
течнофазно окисление технология въздух е разработен от японската компания Nippon Shokubai за един етап директно производство на метил гликолат от етиленгликол и метанол като се използва катализатор с nanogold:
Метил гликол като разтворител се използва в производството на полупроводници и козметика, както и за почистване на котли и метални повърхности.
Демонстрация на пилотен завод с капацитет от няколко тона на месец показа, че тази реакция може да се извърши успешно за непрекъснато производство на висока чистота на продукта. Един от най-използваните катализатори за тази реакция е Au-Pb / Al2 О3. Реакцията се провежда при 90 ° С и налягане от 0,1-5 МРа.
Gold играе важна роля в производството на винил ацетат, като се използват катализатори с Au-Pd. Винил ацетат се използва широко за получаване на емулсионни бои, тапети и лепило за дърво. Съществува голямо разнообразие от доказани технологии търговско производство на винилацетат от етилен, кислород и оцетна киселина при използване на катализатори на Au-Pd:
Химични технологии за тези процеси са разработени през шейсетте години на миналия век, както и на тяхната промишлена експлоатация започна с седемдесетте години. Тези дни, винил ацетат, произведени чрез използване на катализатори с висока селективност и висок добив в много предприятия по целия свят. Глобалното производство на винил ацетат е около 5 Mill. M / г. и всяка година се увеличава силата на звука. 80% винил ацетат е получен от етилен.
Такова производство консумира няколко стотин тона катализатор на година. Широко използвани като съкатализатор, калиев ацетат, и фирмата ВР наскоро въведе технология в кипящ слой; Други техники са свързани с извършване на процес на фиксирана легло. Катализаторът е здрава и това обикновено трае една - две години. Наличието на злато в катализатора промотира значително увеличение на добива по отношение на обема на катализатор в сравнение с използване на паладий (вж. Таблица 1). Очевидно е, че наличието на злато има търговска стойност. субстрата сплав - Pd0,8 Au0,2. но на повърхността на съставът съдържа повече злато, Pd0.45 Au0.55. Резултатите, показващи предимствата от използването на катализатори Au-Pd / SiO2 сравнение с Pd / SiO2 са дадени в таблица 1.
Таблица 1 Добив на винил ацетат съгласно фирмата DuPont.
* В неподвижен слой след 40 часа работа, температурата на 165 ° С, налягане 7,82 атм. се подава етилен, оцетна киселина, кислород и азот.
До неотдавна, когато катализатори със златни наночастици, реакцията обикновено се извършва с паладиев катализатор. Сега е ясно, че златото играе важна роля.
Намаляване на замърсяването
Наночастици на злато на оксид може да се използва като катализатор на мокрия газ за производството на водород от СО и водна пара:
За да се използва водород остатъчен CO трябва да се отстранява, за да се предотврати влошаване на катализатор платина на горивната клетка. Установено е, че катализатори с nonozolotom ефективно да се справят с този проблем, при стайна температура.
Проект AuTEK компания е разработила нова система за пречистване на водород за горивни клетки с полимерна електролитна мембрана, а под марката AuroPureH2. Той е предназначен за почистване на евтин водород в превозни средства по време на храна до горивната клетка директно от резервоара. Au / TiO2 катализатор е много селективно окислява CO, това също допринася за ниска температура на реакцията, която не изисква допълнителна енергия за нагряване на реактора. Такава ниска цена, проста и практична система за намаляване на количеството на платина, необходима за производството на горивни клетки анод. В този случай провеждане такава реакция почти не увеличава теглото и обема на горивната клетка. Пълно отстраняване на СО от водород елиминира нуждата за аноди PtRu или PtMo.
AuroPureH2 система позволява да се намали концентрацията на СО в Н2 с 0.001-0.2% до под 1 • 10-4%, това е предимство на използването на технологии, устойчиви на PtRu или PtMo аноди. Дизайнът на такава система е проста, и се планира да се развива тази иновативна технология за производството на продукта, заедно с търговските партньори. Един пример за използването на тази нова технология за подаване на водород, съдържащ 0,1% СОг в работата на горивната клетка с полимер мембрана е показано на фигура 2.
Фиг. 2. Сравнение на резултатите за допустимото съдържание на СО.
Таблица 2 показва ефективността на намаление за изпитване технологии четири. Концентрацията на кислород се ограничава избора на въздуха, и много малко въздействие върху разхода на гориво. Сега е доказано, че AuroPureH2 система намалява концентрацията на СО в потока от водород, дори ако първоначално е равно на 0,2%. Разходите за злато са по-малко от 1% от Министерството на енергетиката на фигури от $ 45. на киловатчас за горивни клетки, предназначени за използване в областта на транспорта на САЩ.
Таблица 2. Намаляване на работните параметри за четирите технологии, представени на фиг. 2.
Необходимост от мониторинг на качеството на въздуха стимулира развитието на сензори, които са селективни за специфични газообразни замърсители. Това е особено удобно, че златни катализатори могат да се използват при стайна температура. Следователно, газови сензори използват златни наночастици са разработени за откриване на различни газове, включително СО и NOx. Златото също е особено обещаващ материал за смяна на цвета на сензори, които се използват за наблюдение на телесни течности компоненти.
Печат | Изпрати | Направете своя начална страница | Добави в избрани