Waterstofperoxide (H ₂ O ₂ ) heeft veel industriële toepassingen, van waterbehandeling en bleken tot chemische synthese. Hoewel het huidige proces om het te produceren zeer efficiënt is, het vereist een grote infrastructuur. Recent uitgevoerde werkzaamheden in samenwerking met een industriële partner, en gepubliceerd in ChemCatChem, demonstreert een methode voor de directe synthese van H ₂ O ₂ van waterstof en zuurstof, met behulp van een commercieel titaniumsilicaat genaamd TS-1, als ondersteuning voor Gold Palladium (AuPd) en Gold Palladium Platinum (AuPdPt) katalysatoren, een reactie die in situ kan worden uitgevoerd als de eerste stap in een productieproces. Het laat zien dat de introductie van kleine concentraties platina in een gedragen AuPd/TS-1-katalysator de katalytische selectiviteit naar H ₂ O ₂ , het verbeteren van de algehele opbrengsten en het vertegenwoordigen van een veelbelovend systeem om de directe synthese van H . te onderzoeken ₂ O ₂ .

Waterstofperoxide (H ₂ O ₂ ) is een krachtige, milieuvriendelijk industrieel oxidatiemiddel, die (in tegenstelling tot andere veel voorkomende oxidatiemiddelen) alleen water als bijproduct produceert. H ₂ O ₂ wordt voornamelijk gebruikt voor het bleken van papier en textiel, en bij chemische synthese, en wordt in toenemende mate gebruikt om industrieel afval te behandelen in plaats van oxidatiemiddelen die chloride bevatten. Wereldwijde vraag naar H ₂ O ₂ zal tegen 2020 naar verwachting meer dan 5,5 miljoen ton bedragen, en de vraag stijgt met 4% per jaar. De stijgende vraag komt vooral van de chemische synthese-industrie, met H ₂ O ₂ gebruikt bij de productie van propyleenoxide en cyclohexanonoxim, belangrijke tussenproducten voor de productie van polymeren.

Momenteel, waterstofperoxide wordt bijna volledig geproduceerd via het antrachinonoxidatieproces (AO), ontwikkeld door BASF in 1939. Het AO-proces is uiterst efficiënt, maar het is ook een complex proces dat op zeer grote schaal moet worden uitgevoerd, die voorkomt H ₂ O ₂ geproduceerd op het punt van gebruik. Het is ook onstabiel bij relatief milde temperaturen, en vereist het gebruik van zure stabilisatoren om te voorkomen dat het ontleedt tot water. Het gebruik van deze zure middelen kan corrosie veroorzaken in de reactoren, en leidt tot aanzienlijke kosten voor het gebruik, die ze uit hun productstromen moeten verwijderen.

Professor Graham Hutchings van de Universiteit van Cardiff en zijn team van katalysatorontwerpers hebben methoden onderzocht om H . direct te synthetiseren ₂ O ₂ van waterstof en zuurstof, om een ​​groener proces voor H . te bieden ₂ O ₂ generatie die kan worden geadopteerd op het punt van gebruik. Eerder een verbetering van de katalytische selectiviteit voor de directe synthese van H . hebben aangetoond ₂ O ₂ met de toevoeging van platina (Pt) aan een bimetaal goud-palladium (AuPd) katalysator gedragen op ceriumdioxide en titaniumdioxide, in dit werk onderzochten ze het gebruik van een commercieel zeotype titaniumsilicaat (TS-1) als drager voor AuPdPt-nanodeeltjeskatalysatoren voor directe H ₂ O ₂ synthese, in samenwerking met een industriële partner. Analyse bij ePSIC heeft aangetoond dat de Au:Pd-verhouding veranderde volgens de grootte van de nanodeeltjes, met enkele kleine die niets anders dan palladium bevatten.

De morfologie van nanodeeltjes

Prof. Hutchings zegt, "Wij zijn gespecialiseerd in 'redelijk uitdagende reacties, ' en toegang tot ePSIC is de sleutel tot ons werk. We boeken tijd in blokken van drie dagen - in dit geval op de E01-JEM ARM 200CF-microscoop - om Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM) en X-ray Energy Dispersive Spectroscopy (X-EDS) uit te voeren. Leden van ons team zijn getraind om de microscoop te gebruiken en de gegevens te verwerken, en kunnen kijken naar de morfologie van nanodeeltjes, en om een ​​elementanalyse te doen, is enorm waardevol."

Het team kon de werkzaamheid aantonen van door TS-1 ondersteunde AuPd- en AuPdPt-katalysatoren voor de directe synthese van H ₂ O ₂ , en stelde een methode vast voor het verlenen van katalysatorstabiliteit via een geschikte warmtebehandeling terwijl de MFI-structuur van het zeotype behouden blijft. Dat lieten ze zien, door de introductie van kleine concentraties platina in een gedragen AuPd/TS-1-katalysator, het is mogelijk om de katalytische selectiviteit naar H . aanzienlijk te verbeteren ₂ O ₂ , het verbeteren van de algehele opbrengsten en het vertegenwoordigen van een veelbelovend systeem om de directe synthese van H . te onderzoeken ₂ O ₂ . Dit was de eerste fase van een project om een ​​procedure te ontwikkelen om H . te synthetiseren ₂ O ₂ in situ en vervolgens gebruiken in chemische reacties. Het werk is voltooid, en verdere artikelen zullen te zijner tijd worden gepubliceerd.