تولید ارزان مواد اولیه دومین پلاستیک پرکاربرد جهان با کاتالیست نانو

به گزارش گروه فناوری خبرگزاری دانشجو، در سالی که به دلیل شیوع ویروس کرونا زنجیره‌های تأمین تولید به سختی آسیب دیده است، کمبود دیگری زندگی تولیدکنندگان و مصرف‌کنندگان را با مشکل روبرو کرده است: پلاستیک. صنایعی نظیر بسته‌بندی مواد غذایی، اجزای خودرو، لباس، تجهیزات پزشکی و آزمایشگاهی به این ماده نیاز مبرم دارند.

اما به تازگی یک کاتالیزور شیمیایی جدید در دانشگاه میشیگان ساخته شده است که می‌تواند تولید مواد اولیه برای دومین پلاستیک پرکاربرد در جهان را امکان‌پذیر کند.

پروپیلن به‌عنوان مواد اولیه، برای تولید پلی‌پروپیلن پلاستیکی استفاده می‌شود که سالانه ۸ میلیون تن از آن تولید می‌شود.

این کاتالیزور جدید می‌تواند پروپیلن را از گاز طبیعی تولید کند، حداقل ۱۰ برابر کارآمدتر از کاتالیزور‌های تجاری فعلی است و قبل از نیاز به تعویض ۱۰ برابر بیشتر دوام می‌آورد. این کاتالیست از نانوذرات پلاتین و قلع ساخته شده است که توسط چارچوبی از سیلیس پشتیبانی می‌شود.

سولجو لینیچ، استاد دانشگاه مهندسی شیمی مارتین لوئیس پرل در دانشگاه میشیگان و نویسنده ارشد مقاله چاپ شده در Science، گفت: «صنعت، طی سال‌ها از مواد نفتی به گاز شیل برای تامین مواد اولیه تغییر جهت داده است. بنابراین، تلاش شده است تا راهی برای تولید موثر پروپیلن از پروپان، یک جز گاز شیل، پیدا شود. این کاتالیزور ما را به این هدف می‌رساند.»

پروپیلن به‌طور سنتی در پالایشگاه از مواد اولیه نفتی و تجزیه آن به مولکول‌های هیدروکربن سبک‌تر تولید می‌شود. اما فرآیند شکستن گاز شیل برای تولید پروپیلن ناکارآمد بوده است.

این کاتالیزور جدید می‌تواند پروپیلن را از پروپان که دارای دو هیدروژن اضافی است، به‌طور کارآمد تولید کند. از فرایندی به نام دهیدروژناسیون غیر اکسیداتیو برای این کار استفاده می‌شود. یکی از دلایل ناکارآمد بودن کاتالیزور‌های فعلی نیاز به افزودن هیدروژن به فرآیند است که در این رویکرد به آن نیاز نیست.

نوآوری کلیدی این کاتالیزور جدید آن است که چگونه از سیلیس به‌عنوان ساختار پشتیبانی نانوذرات پلاتین و قلع استفاده می‌کند در حالی که در کاتالیزور‌های کنونی از آلومینا استفاده می‌شود. آلومینا با قلع واکنش می‌دهد و باعث جدا شدن آن از پلاتین و تجزیه کاتالیزور می‌شود. از آنجا که در این کاتالیزور جدید این واکنش حذف شده‌است، در نتیجه کاتالیست عمر طولانی‌تری دارد.

علی حسین موتگاموالا می‌گوید: «سیلیس به‌عنوان پشتیبانی از نانوذرات قلع پلاتین قبلاً امتحان شده بود، اما روش‌های مرسوم سنتز به اندازه کافی دقیق نبودند که بتواند تعامل نزدیک بین پلاتین و قلع را ایجاد کند. ما با سنتز یک مجموعه پلاتین قلع با برهم‌کنش عالی بر این مسئله غلبه کردیم. سپس ما این مجموعه را روی سیلیس قرار دادیم تا یک کاتالیزور کاملاً مشخص تولید کنیم که در حین کار پایدار باشد.»

ساخت کارخانه برای تولید این ماده با روش‌های رایج، نیازمند یک سرمایه‌گذاری عظیم خواهد بود و به همین دلیل، صنایع شیمیایی به سختی به سوی تاسیس این نوع کارخانه‌ها می‌روند. این کاتالیزور جدید از این منظر امیدوارکننده است.»