توسعه سيستم کاتاليزوري توسط فناوري نانو
بنا بر برخی تخمین‌ها 90 درصد کل محصولات شیمیایی که تولید می‌شوند، در مرحله‌ای از فرایند تولید خود از کاتالیزورها بهره می‌برند.
از آنجایی که بیشتر واکنش‌های کاتالیزوری در سطح کاتالیزورها اتفاق می‌افتد، نانوذرات با مساحت سطحی بالای خود می‌توانند گزینه‌های بسیار مناسبی برای این منظور باشند و به همین دلیل تحقیقات زیادی روی این ذرات جهت استفاده به عنوان کاتالیزور صورت گرفته است. مخصوصاً در کاتالیزورهای غیرهمفاز (هتروژن) استفاده از کاتالیزورهای نانوذره‌ای امکان بهبود فعالیت و انتخابگری کاتالیزورها را افزایش می‌دهد.
متأسفانه کاتالیزورهای غیرهمفازی که روی یک حمل‌کننده تهیه شده توسط روش‌های معمول حمایت می‌شوند، از برخی مشکلات همانند توده‌ای شدن ذرات در حین فرایند تهیه کاتالیزور، پخت در حین استفاده (مخصوصاً در دماهای بالا)، و نشت کاتالیزور به دلیل وجود حلال یا افت فشار رنج می‌برند. این مسأله به ارتباط ضعیف میان کاتالیزور و سطح پایه آن مربوط می‌باشد. روش جدید تهیه کاتالیزور که در سنگاپور توسعه یافته است، می‌تواند در بهینه‌سازی کاتالیزورها و حل این مشکلات موثر باشد.
دکتر زیو سونگ ژائو می‌گوید: «ما به صورت منطقی با استفاده از نانوذرات روتنیوم ساندویچ شده در حفره دیواره‌ای کربن یک کاتالیزور نانوساختاری توسعه داده‌ایم. چنین نانوساختری از یک سو می‌تواند میزان توده‌ای شدن، حرکت و نشت نانوذرات را به حداقل رسانده، و از سوی دیگر برهمکنش میان فلز و سطح پابه را بهبود بخش؛ بدین ترتیب فعالیت کاتالیستی و طول عمر کاتالیزور افزایش می‌یابد».
تهیه این کاتالیزور مبتنی بر یک استراتژی سنتز بستر می‌باشد. ابتدا نانوذرات کاتالیزوری روی سطح حفرات یک بستر محکم (همانند زئولیت Y) پخش می‌شوند. سپس حفرات این بستر با یک پیش‌ماده کربنی پر شده و عمل کربونیزه کردن صورت می‌گیرد. در نهایت با استفاده از محلول اسید فلوریدریک بستر محکم حذف شده و یک ماده کربنی حفره‌ای حاوی نانوذرات کاتالیزوری درون حفرات آن باقفی می‌ماند.
ژائو اشاره می‌کند که یکی از مهم‌ترین مسائل اطمینان یافتن از این امر است که نانوذرات کاتالیزوری در معرض کانال‌های حفرات قرار گرفته و در نتیجه بتوانند واکنش کاتالیستی را انجام دهند. او می‌گوید: «به طور معمول زمانی که از روش رسوب‌دهی شیمیایی بخار برای نفوذ کربن به درون حفرات استفاده می‌شود، این ذرات کاتالیستی با لایه‌ای از کربن پوشیده می‌شوند. کار فعلی ما این مشکل را با دادن اجازه رشد به ذرات کاتالیستی درون حفرات قبل از نفوذ کربن حل کرده است. در نهایت اندازه ذرات کاتالیستی توسط اندازه حفرات بستر تعیین می‌شود. نقطه تماس ذرات کاتالیزور با سطح حفرات بستر، نقاط فعال کاتالیزور کربنی نهایی می‌باشند».
منبع: http://www.nanowerk.com
از آنجایی که بیشتر واکنش‌های کاتالیزوری در سطح کاتالیزورها اتفاق می‌افتد، نانوذرات با مساحت سطحی بالای خود می‌توانند گزینه‌های بسیار مناسبی برای این منظور باشند و به همین دلیل تحقیقات زیادی روی این ذرات جهت استفاده به عنوان کاتالیزور صورت گرفته است. مخصوصاً در کاتالیزورهای غیرهمفاز (هتروژن) استفاده از کاتالیزورهای نانوذره‌ای امکان بهبود فعالیت و انتخابگری کاتالیزورها را افزایش می‌دهد.
متأسفانه کاتالیزورهای غیرهمفازی که روی یک حمل‌کننده تهیه شده توسط روش‌های معمول حمایت می‌شوند، از برخی مشکلات همانند توده‌ای شدن ذرات در حین فرایند تهیه کاتالیزور، پخت در حین استفاده (مخصوصاً در دماهای بالا)، و نشت کاتالیزور به دلیل وجود حلال یا افت فشار رنج می‌برند. این مسأله به ارتباط ضعیف میان کاتالیزور و سطح پایه آن مربوط می‌باشد. روش جدید تهیه کاتالیزور که در سنگاپور توسعه یافته است، می‌تواند در بهینه‌سازی کاتالیزورها و حل این مشکلات موثر باشد.
دکتر زیو سونگ ژائو می‌گوید: «ما به صورت منطقی با استفاده از نانوذرات روتنیوم ساندویچ شده در حفره دیواره‌ای کربن یک کاتالیزور نانوساختاری توسعه داده‌ایم. چنین نانوساختری از یک سو می‌تواند میزان توده‌ای شدن، حرکت و نشت نانوذرات را به حداقل رسانده، و از سوی دیگر برهمکنش میان فلز و سطح پابه را بهبود بخش؛ بدین ترتیب فعالیت کاتالیستی و طول عمر کاتالیزور افزایش می‌یابد».
تهیه این کاتالیزور مبتنی بر یک استراتژی سنتز بستر می‌باشد. ابتدا نانوذرات کاتالیزوری روی سطح حفرات یک بستر محکم (همانند زئولیت Y) پخش می‌شوند. سپس حفرات این بستر با یک پیش‌ماده کربنی پر شده و عمل کربونیزه کردن صورت می‌گیرد. در نهایت با استفاده از محلول اسید فلوریدریک بستر محکم حذف شده و یک ماده کربنی حفره‌ای حاوی نانوذرات کاتالیزوری درون حفرات آن باقفی می‌ماند.
ژائو اشاره می‌کند که یکی از مهم‌ترین مسائل اطمینان یافتن از این امر است که نانوذرات کاتالیزوری در معرض کانال‌های حفرات قرار گرفته و در نتیجه بتوانند واکنش کاتالیستی را انجام دهند. او می‌گوید: «به طور معمول زمانی که از روش رسوب‌دهی شیمیایی بخار برای نفوذ کربن به درون حفرات استفاده می‌شود، این ذرات کاتالیستی با لایه‌ای از کربن پوشیده می‌شوند. کار فعلی ما این مشکل را با دادن اجازه رشد به ذرات کاتالیستی درون حفرات قبل از نفوذ کربن حل کرده است. در نهایت اندازه ذرات کاتالیستی توسط اندازه حفرات بستر تعیین می‌شود. نقطه تماس ذرات کاتالیزور با سطح حفرات بستر، نقاط فعال کاتالیزور کربنی نهایی می‌باشند».
منبع: http://www.nanowerk.com
