Revista si suplimente
MarketWatch
Inapoi Inainte

Noi materiale catalitice – īntre concept și aplicabilitate industrială

12 Decembrie 2017



În ultimele decenii am asistat la progrese remarcabile în domeniul chimiei, cu precădere în domeniul catalizei. Cataliza reprezintă ramura chimiei ce se ocupă de studiul influenței catalizatorilor (compuși care cresc viteza unei reacții) asupra produșilor rezultați din ciclul catalitic. Un catalizator participă la reacție și se regenerează la sfarșitul fiecărui ciclu. Acesta reia un nou ciclu catalitic și crește proporția de compus organic rezultat (Fig. 1a). Principial, un catalizator se folosește în cantitați mici (0.001 – 5% molar), putând fi separat și reciclat la finalul reacției. Catalizatorul este un compus care scade energia de activare a unei reacții, astfel încât aceasta are loc cu efort energetic minim.

Deși avantajul efectuării unei reacții catalitice este însemnat datorită sintezei facile a produșilor, aplicabilitatea la scară largă a unor catalizatori noi este îngreunată de contextul economic (catalizatorii conțin deseori metale nobile: Pd, Pt sau Au, fiind deci relativ scumpi), dar și de reticența industriei în a adopta sau realoca noi linii tehnologice de producție, în pofida unui câștig viitor clar. Mai mult, impulsul noilor descoperiri legate de activarea legăturilor inerte C-H din hidrocarburi (încă abundente) s-a tradus printr-o creștere continuă a articolelor științifice legate de aplicarea catalizatorilor în reacții de funcționalizare sau de cicloadiție, mediate de compuși organometalici reactivi.



În cadrul INCDFM există personal înalt calificat, cu stagii postdoctorale în străinătate, vizând studii de cercetare exploratorie a unor carbene de paladiu implicate în activarea facilă a legaturilor C-H din diferite clase de compuși organici (hidrocarburi, cetone, nitrili), dar și studii aplicative ale unor catalizatori de Pd(II) sau Rh(III) în reacții de cicloadiție cu formarea benzazepinelor ciclice – compuși ai căror schelet molecular se întâlnește în medicamente utilizate în tratamentul tensiunii arteriale (Benazepril™) sau ca antidepresive (Clomipramine™). Utilizând un catalizator de acetat de paladiu Pd(OAc)2, s-au putut cicla benzazepinele ciclice menționate mai sus din orto-alchenilanilida triflică și diferite alene (temperaturi sub 80°C, randamente excelente). (Fig. 1b)
Eforturile actuale se îndreaptă către dezvoltarea unor sisteme catalitice pe bază de complecși carbenici ai Ag, Cu sau Pd stabili în aer, capabile de activitate catalitică ridicată în reacții de cuplare C-C. În plus, în cadrul INCDFM se investighează proprietațile catalitice ale unor catalizatori de tip core-shell (Fe2O3@Fe, de exemplu), capabili de cuplări C-C de tip Suzuki sau Heck, al căror mecanism este ilustrat pentru un catalizator NHC de paladiu. (Fig. 2a)



Pe de altă parte, INCDFM are o vastă experiență în sinteza nanoparticulelor magnetice, alături de o infrastructură care permite atât caracterizarea (structurală, morfologică, magnetică), cât și testarea acestora. Sinteza oxizilor de fier mezoporoși (2-50 nm) constituie o direcție curentă de cercetare și permite controlul fin al dimensiunii particulelor oxidice, influențând prin aceasta performanța catalitică atât în reacții de cuplare carbon-carbon (Suzuki, Heck), cât și în descompunerea materialelor poluante din apele industriale. Astfel se pot degrada variați compuși organici: fenol, bisfenol, benzen, etilbenzen, albastru de metilen și alți coloranți sau antibiotice (de ex. Sulfadiazina, utilizată în infecții urinare), folosind concentrații minime de catalizator (sub 1 mM).
Avantajele folosirii oxizilor de fier mezostructurați sunt costul redus și abundența materiilor prime, sinteza facilă, eficiența crescută care scalează bine cu nanostructurarea catalizatorului, dar și ușurința recuperării acestora în câmp magnetic după terminarea reacției. Un exemplu de oxid mezoporos de tip hematită (α-Fe2O3) este redat în Fig. 2b printr-o imagine realizată utilizând tehnica SEM (microscopie electronică de baleiaj). Modificarea dimensiunii nanoparticulelor prin varierea condițiilor de reacție (temperatură, timp) permite identificarea compoziției și structurii optime a oxizilor catalitic activi. Dat fiind aplicațiile de remediere a apelor uzate, cât și cele cu aplicație în industria chimică, apreciem că aceste clase de catalizatori (organometalici și oxidici) pot avea un real impact la nivel industrial.



Parerea ta conteaza:

(0/5, 0 voturi)

Lasa un comentariu



trimite