Wetenschappers van de Universiteit van Cardiff hebben een stap gezet in de richting van een groenere, duurzamere manier om een ​​plastic materiaal te maken dat voorkomt in een reeks artikelen, van tandenborstels en gitaarsnaren tot medische implantaten, constructiematerialen en auto-onderdelen.

In een nieuw artikel dat vandaag is gepubliceerd in het tijdschrift Science , rapporteert het team een ​​gloednieuwe methode voor het maken van cyclohexanonoxim - een voorloper van het plastic materiaal Nylon-6, een belangrijk constructiemateriaal dat wordt gebruikt in de auto-, vliegtuig-, elektronische, kleding- en medische industrie.

Geschat wordt dat de wereldwijde productie van Nylon-6 tegen 2024 naar verwachting ongeveer 9 miljoen ton per jaar zal bereiken, wat wetenschappers ertoe aanzet om op zoek te gaan naar groenere en duurzamere manieren om cyclohexanonoxime te produceren.

Momenteel wordt cyclohexanon-oxim industrieel geproduceerd via een proces waarbij waterstofperoxide (H₂ O₂ ), ammoniak (NH₃ ) en een katalysator genaamd titanosilicaat-1 (TS-1).

De H₂ O₂ gebruikt in dit chemische proces, evenals vele andere, wordt elders geproduceerd en moet worden verzonden voordat het in de chemische reactie kan worden gebruikt.

Dit is een kostbaar en koolstofintensief proces dat ook de verzending van hooggeconcentreerd H₂ vereist O₂ aan de eindgebruiker voorafgaand aan verdunning, wat effectief de grote hoeveelheden energie verspilt die tijdens het concentreren worden gebruikt.

Evenzo worden de stabilisatoren vaak gebruikt om de houdbaarheid van H₂ . te verlengen O₂ kunnen de levensduur van de reactor beperken en vaak moeten ze worden verwijderd voordat ze tot een eindproduct komen, wat leidt tot verdere economische en milieukosten.

Om dit probleem aan te pakken, heeft het team een ​​methode bedacht waarbij H₂ O₂ wordt in-situ gesynthetiseerd uit verdunde stromen waterstof en zuurstof, met behulp van een katalysator die bestaat uit goud-palladium (AuPd) nanodeeltjes die ofwel rechtstreeks op de TS-1 of op een secundaire drager worden geladen.

Nanodeeltjes, die ruwweg tussen de 1 en 100 nanometer meten, zijn uiterst bruikbare materialen om als katalysator te gebruiken vanwege hun grote oppervlakte-tot-volumeverhouding in vergelijking met bulkmaterialen.

De methode werd uitgevoerd in omstandigheden waarvan eerder werd gedacht dat ze extreem schadelijk zijn voor H₂ O₂ productie en kan opbrengsten aan cyclohexanon-oxim produceren die vergelijkbaar zijn met die in huidige commerciële processen, terwijl de grote nadelen die gepaard gaan met commerciële H₂ worden vermeden O₂ .

Bovendien kon het team de veelzijdigheid van deze aanpak demonstreren door een reeks andere industrieel belangrijke chemicaliën te produceren, die zelf uiteenlopende toepassingen hebben.

Hoofdauteur van de studie Dr. Richard Lewis, van het Max Planck-Cardiff Center on the Fundamentals of Heterogeneous Catalysis, gebaseerd op het Cardiff Catalysis Institute, zei:"Dit werk vertegenwoordigt een positieve eerste stap naar meer duurzame selectieve chemische transformaties en heeft de potentieel om de huidige industriële route naar cyclohexanonoxim te vervangen.

"De generatie van H₂ O₂ door deze nieuwe aanpak zou kunnen worden gebruikt in een breed scala van andere industriële toepassingen die momenteel afhankelijk zijn van het gebruik van TS-1 en H₂ O₂ , mogelijk een ommekeer in de industriële oxidatiechemie.

"Dit is een duidelijke demonstratie dat door academische en industriële samenwerking aanzienlijke verbeteringen kunnen worden aangebracht aan de huidige state-of-the-art technologieën, wat leidt tot aanzienlijke kostenbesparingen en een vermindering van de uitstoot van broeikasgassen door een belangrijk industrieel proces." + Verder verkennen

Directe synthese van waterstofperoxide met behulp van katalysatoren op TS-1-drager