Neuartiges Verfahren verlängert den Lebenszyklus wertvoller Katalysatoren

Stellen Sie sich eine typische Recyclinganlage vor. Stellen Sie sich nun vor, dass das Zentrum ein Chemielabor ist und die zerdrückten Getränkedosen und Stapel von Junk-Mail durch mikroskopische Strukturen im Wert von Zehntausenden von Dollar pro Gramm ersetzt wurden.

Ein Forscherteam der University of Illinois at Urbana-Champaign hat ein elektrochemisches Verfahren entwickelt, um äußerst wertvolle homogene Katalysatoren zu recyceln, um die chemische Industrie umweltfreundlicher, billiger und innovativer zu machen.

Homogene Katalysatoren sind leistungsstarke Werkzeuge, die in der chemischen und pharmazeutischen Produktion weit verbreitet sind.

“Was [homogene Katalysatoren] Was es so wertvoll macht, ist ihre einzigartige Fähigkeit, große Mengen an Chemikalien und Rohstoffen mit hoher Wertschöpfung herzustellen, sagte Xiao Su, Assistenzprofessor für chemische und biomolekulare Technik und Forscher am Beckman Institute of Advanced Science and Technology. Forscher über die Studie

Die Fähigkeit, homogene Katalysatoren zu recyceln, ohne ihre chemische Aktivität zu verlieren, ist seit Jahrzehnten eine Herausforderung für Chemiker und Chemieingenieure.

Da diese Katalysatoren meist aus Metallen der Platingruppe bestehen, müssen sie für die weitere Verwendung oft zerstört werden. Da diese Metalle der Platingruppe selten sind, sollten sie sparsam verwendet werden, sagte Su.

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Homogene Katalysatoren landen bei chemischen Reaktionen oft in komplexen chemischen Gemischen und lassen sich nur schwer von anderen Bestandteilen trennen. Die wenigen verfügbaren Methoden zum Recyceln von Katalysatoren sind energieintensiv, und da sie auf Wärme angewiesen sind, neigen sie dazu, ihre Katalysatorstruktur zu zerstören, während sie einen großen CO2-Fußabdruck hinterlassen.

„Derzeit recyceln viele Industrien homogene Katalysatoren aufgrund der Kosten und der Komplexität des Prozesses überhaupt nicht“, sagte Su. Sie werfen sie einfach weg und leben mit den Kosten. “Wenn der Katalysator recycelt wird, kann der Prozess sehr teuer und ineffizient sein, und die Katalysatorstruktur wird oft zerstört. Im Allgemeinen fällt die Last auf die Bergbauseite, da ein ständiger Bedarf an diesen Metallen der Platingruppe besteht.”

Die Kosten der fortgesetzten Gewinnung gehen zu Lasten der Produzenten, Endverbraucher und der Umwelt, da mehr Abfall produziert wird.

Die von den Forschern vorgeschlagene Recyclingmethode, die in Science Advances veröffentlicht wurde, beinhaltet das Anlegen eines elektrischen Felds an eine spezielle Oberfläche, die als Redoxelektrode bezeichnet wird. Katalysatoren werden von der chemischen Mischung, in der sie sich befinden, getrennt und unter dem elektrischen Feld an der Oberfläche befestigt, wodurch sie aus der Reaktion, in der sie sich befinden, entfernt und recycelt werden können. Um den Katalysator wiederzuverwenden, kann ein Chemiker ein entgegengesetztes elektrisches Feld an die Oberfläche der Redoxelektrode anlegen, um den Katalysator in eine neue Lösung freizusetzen.

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Mit dem elektrolytischen Verfahren können Katalysatoren für viele Zyklen wiederverwendet werden.

„Das Tolle an unserer Recyclingmethode ist, dass sie vollständig elektrisch ist“, sagt Sue. „Dies ist ein Schritt in Richtung eines nachhaltigeren Herstellungsprozesses, der Strom anstelle von Wärme verwendet, um Dinge anzutreiben.

Der Übergang von fossilen Brennstoffen zu erneuerbaren Energien zum Betrieb eines solchen Recyclingsystems unterstützt die Vision der Chemieingenieure von der Elektrifizierung.

„Wir freuen uns, dass diese elektrochemischen Anwendungen die Herausforderungen in der chemischen Fertigung angehen“, sagte Su. Letztlich wünschen wir uns einen komplett abfallfreien und hoch energieeffizienten chemischen Herstellungsprozess.

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Die Recyclingfähigkeit von Katalysatoren ist nicht nur gut für die Umwelt, sondern fördert auch Innovationen. Obwohl mehrere homogene Katalysatoren existieren, macht die derzeitige Unfähigkeit, sie effektiv zu recyceln, sie sehr teuer, was ihre weit verbreitete industrielle Verwendung einschränkt.

“Was wir jetzt tun, ist, diese sehr starken Katalysatoren für wichtige Reaktionen praktisch und kostengünstig zu machen”, sagte Su. „Wenn wir mit dieser einfachen Methode Katalysatoren zurückgewinnen können, kann unsere Technologie neue Reaktionen ermöglichen, die sonst sehr teuer sind. Wir hoffen, neue, umweltfreundliche Wege zu finden, Dinge herzustellen, die heute noch nicht einmal möglich sind. Es ist nicht möglich, sie zu öffnen.“ .” ” sind.”

Bisher haben Forscher dieser Universität ihr Recyclingverfahren an ausgewählten Metallkatalysatoren der Platingruppe demonstriert. Der nächste Schritt besteht darin, diese Methode auf breitere Klassen von Metallen der Platingruppe sowie auf andere Katalysatoren der Übergangsgruppe anzuwenden.

„Als Chemieingenieure streben wir weiterhin nach Energieeffizienz, einem geringeren CO2-Fußabdruck und nachhaltigen chemischen Prozessen, und dies ist ein Schritt in Richtung dieses Ziels“, sagte Su.

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