Katalizatory miedziowo – złotowe na nośnikach typu SBA-3

„Katalizatory miedziowo – złotowe na nośnikach typu SBA-3 –
właściwości fizykochemiczne i katalityczne”
Justyna Milewska
Stypendystka projektu pt. „Wsparcie stypendialne dla doktorantów na kierunkach uznanych za
strategiczne z punktu widzenia rozwoju Wielkopolski”, Poddziałanie 8.2.2 Programu
Operacyjnego Kapitał Ludzki
Celem prowadzonych badań jest synteza, charakterystyka i katalityczne zastosowanie
mezoporowatych sit molekularnych typu SBA-3 (nośnik). Fazą aktywną jest bimetaliczny
układ złotowo-miedziowy. Matryce SBA-3 są dodatkowo modyfikowane niobem lub glinem.
W prowadzonych doświadczeniach analizowany jest wpływ składu chemicznego matrycy na
formę występowania miedzi i złota oraz moc oddziaływań Cu, Au –
nośnik oraz Cu-Au.
Miedź i złoto mają w katalizie chemicznej bardzo długą i bogatą
historię. Materiały zwierające Cu lub/i Au jako fazę aktywną są
stosowane w wielu procesach technologicznych, zwłaszcza w
procesach selektywnego utleniania alkoholi i utleniania CO. Jako
czynnik utleniający stosuje się tlen ale jego aktywność i selektywność
Fot. Zakład „Foto Focus”
otrzymywanych produktów zależy od natury katalizatora i stosowanej fazy aktywnej. Wyżej
przedstawione wspólne zastosowanie obu metali wskazuje na możliwość efektywnego
wykorzystania katalizatorów miedziowo-złotowych w procesach selektywnego utleniania,
które w mojej pracy, jak również przemyśle farmaceutycznym i petrochemicznym odgrywają
znaczącą rolę.
Obecnie sita molekularne typu MCM-41 i SBA wykorzystywane są w badaniach
kontrolowanego uwalniania i transportu leków. Materiały te cechuje nietoksyczność, brak
negatywnych interakcji z organizmem i możliwość eliminacji uciążliwej utylizacji. Atutem jest
też różnorodność wielkości porów i stosunkowa łatwość modyfikowania struktury
pozwalająca na kontrolę uwalniania leku.
Praca doktorska współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach
Europejskiego Funduszu Społecznego
Do chwili obecnej przeprowadzono syntezę sit SBA-3 oraz materiałów zawierających
glin lub niob w strukturze. Otrzymane matryce modyfikowano miedzią i/lub złotem. Tekstura i
struktura otrzymanych katalizatorów została dogłębnie zbadana za pomocą szerokiej gamy
dostępnych analiz fizyko-chemicznych. Reakcje testowe pozwoliły również na określenie
kwasowości bądź zasadowości materiału, co z kolei pozwoliło na ocenę właściwości
(aktywności) katalitycznej materiału.
Otrzymane wyniki wykazują znaczny wzrost aktywności katalitycznej po wprowadzeniu
miedzi lub złota na powierzchnię mezoporowatych nośników, szczególnie w przypadku sit
molekularnych zawierających niob. Jednoczesne wprowadzenie złota i miedzi powoduje
jeszcze efektywniejszy wzrost aktywności katalitycznej. Katalizatory modyfikowane miedzią,
złotem i niobem są najatrakcyjniejszymi układami z punktu widzenia procesu selektywnego
utleniania metanolu. Wykazują one wysoką konwersję w reakcji selektywnego utleniania
metanolu i znaczącą selektywność w kierunku otrzymywania produktów selektywnego
utleniania
w stosunkowo niskich temperaturach procesu (150-200°C). Dobra aktywność
katalityczna i selektywność trójskładnikowych układów w testowej reakcji utleniania metanolu
daje podstawy przypuszczać, iż otrzymane katalizatory będą aktywne w innych procesach
selektywnego utleniania (przemysłowa synteza farmaceutyków, utlenianie CO do dwutlenku
węgla czy też proces PROX - preferencyjne utlenianie CO do CO2 w przypadku obecności
dużych ilości wodoru – proces ma potencjalne zastosowanie w oczyszczaniu wodoru, który
jak wiadomo, może posłużyć jako alternatywne źródło energii).
Prowadzone badania pozwoliły również określić formę i stabilność miedzi w układach
bimetalicznych. Występowanie negatywnego zjawiska – sublimacja miedzi - udało się
wyeliminować przez zastosowanie nowego źródła miedzi. Otrzymane zaś wyniki zostały
zaprezentowane na międzynarodowej konferencji FEZA w Hiszpanii 2011 roku.
Praca doktorska współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach
Europejskiego Funduszu Społecznego