Özel Tasarlanmış Zeolitler İle Daha İyi Katalizörler Üretilebilir. Zeolitler, birbirine bağlı, molekül boyutunda gözenekler ve kanallar ağıyla donatılmış olup, onlarca yıldır kimyasal ayırımlarda, petrol arıtımında ve katalizörlerde kullanılmaktadır. Bununla birlikte, bilim adamları hala belirli bir uygulama için bu büyük kristal materyal ailesinin en iyi üyesini bulmak için bir deneme yanılma yaklaşımı kullanmaktalar.
İspanya’daki araştırmacılar, zaman alan bu arama sürecinin maliyetini kısaltmanın ve azaltmanın bir yolu bulmuş olabilir. Stratejileri, belirli bir reaksiyonun önerilen geçiş durumu yapısına yakından uyan gözenekli zeolit katalizörlerini uyarlamaktır. Özelleştirilmiş zeolitin bu reaksiyon için yaygın olarak kullanılan ticari zeolit katalizörlerinden daha iyi performans gösterdiğini bulmuşlardır (Science 2017, DOI: 10.1126 / science.aal0121).
Bu yaklaşımın bir örneğinde, Valencia Politeknik Üniversitesi Kimya Teknolojisi Enstitüsü müdürü Avelino Corma liderliğindeki ekip, toluenden ksilen üretimi için katalizörler üretti. Ticari olarak başta ZSM-5 ve mordenit zeolitler ile yapılan reaksiyon, iki tolüen molekülünü bir benzen molekülü ve dimetilbenzen izomerleri (o-, m- veya p-ksilen) haline dönüştürür.
Araştırmacılar daha önceki çalışmalara dayanarak, reaksiyonun, pozitif yüklü bir karbon atomu ile birleştirilen iki fenil halkasından oluşan bir kompleksi içeren bir geçiş durumu yoluyla ilerlediğini ileri sürdüler. Bir zeolit katalizörü, reaktantlardan ve ürünlerden daha büyük olan bu yapıyı barındıracak kadar büyük gözeneklere ihtiyaç duymaktadır.
Bu nedenle Valencia ekibi, geçiş halinin yapısını ve yükünü taklit eden bir difenilfosfonyum bileşiği seçti ve bir zeolit sentezlemek için bir yapı yönlendirici ajan (SDA) olarak kullandı.
Tüm zeolitler alüminosilikat mineralleridir.
Ekip, mineralin difenilfosfonyum molekülleri çevresinde kristalleşmesine izin vererek, ITQ-27 olarak adlandırılan zeolit katalizörünü üretti. Daha sonra zeoliti, organik materyali çıkarmak için ısıtıp, SDA’ya ve geçiş hali yapısına uyan gözenekli bir alüminosilikat çerçeveye bıraktılar.
Daha sonra ekip ITQ-27’nin performansını ZSM-5, mordenit ve diğer zeolitlerin performansıyla karşılaştırdı. Zeolitlerin bazılarının ITQ-27’den çok sayıda katalitik alana sahip olmasına rağmen, özel üretilen ITQ-27, en aktif katalizör olduğunu keşfettiler. Aynı zamanda seçici ya da daha seçiciydi, yani diğer katalizörlerden daha az yan ürün üretti.
Geçiş süreci stratejisinin bir başka örneğinde, Corma ve arkadaşları, etilbenzen izomerleşmesi için zeolitleri başarıyla sentezledi.
İtalya merkezli bir petrol ve gaz şirketi Eni‘nin malzeme kimyası ve katalizi uzmanı Roberto Millini, “zeolit biliminde yeni bir paradigmayı temsil eden bu yaklaşım, son derece aktif ve seçici zeolit katalizörlerinin keşfini hızlandırabilir” diyor.
Millini, petrokimyasal proseslerin verimliliğini arttırmanın yanı sıra, bu strateji, kristalin gözenekli materyaller için yeni uygulamalar sağlayabileceğini belirtti. Örneğin, bu malzemeler, biyoyakıtları biyoyakıtlara ve kimyasallara dönüştürmek için çevresel olarak iyi huylu güzergahlar sağlayabilir.
Kaynak : ACS