Пришло время заглянуть за «кулисы» реакции
Трудно получить подробный отчет о том, что происходит внутри химических реакторов, внутри которых идет каталитическая реакция в то время когда наиболее эксплуатируемые участки оборудования находятся в состоянии работы.
Если бы исследователи могли заглянуть внутрь и контролировать химические реакции в момент их прохождения на микроскопическом уровне и в режиме реального времени, то они смогли бы получить много полезной информации. Инженеры бы затем могли скорректировать геометрические параметры и размеры реактора и адаптировать распределение катализатора для повышения энергетической эффективности, увеличения количества выпускаемой продукции и повышения химической селективности процесса.
Благодаря исследованию, проведенному учеными из Калифорнийского университета в Беркли и Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли, совсем не за горами реакторы, сделанные для решения строго определенных задач на заказ.
Исследовательская группа разработала малогабаритный реактор, внутренняя зона которого может во всех деталях быть изучена исследоваться инфракрасными и рентгеновскими лучами. Ученые использовали такой подход, чтобы детально исследовать многостадийные химические реакции с высоким пространственным разрешением. Исследовательская группа выявила участки внутри реактора, где поступающий исходный материал превращался в первичный продукт, а затем в окончательный продукт. Локализация этих участков была проделана с точностью до 15 мкм. Исследователи скоррелировали полученную информацию с подобранным тщательно размещением, концентрацией и химическим состоянием каталитических наночастиц.
Для демонстрации результатов исследовательская группа из Беркли выбрала двухстадийную реакцию: каталитическую перегруппировку пропаргилового винилового эфира в алленовый альдегид, и затем реакцию алленового альдегида с образованием дигидропирана. Исследовательская группа, в которую входят Илад Гросс (Elad Gross), Ф. Дин Тосте (F. Dean Toste) и Габор А. Соморджай (Gabor A. Somorjai), выбрали эту реакцию потому, что каждое вещество обладает характеристичным ИК-спектром. Исследователи подавали исходный материал в проточный реактор, в который был загружен катализатор – кластеры золота размером в 2 нм.
Исследуя реагирующие вещества и продукты с помощью ИК-луча, а катализатор с помощью рентгеновского луча, ученые раскрыли главные особенности реакции, которые обычно скрыты. Например, они обнаружили, что с помощью корректировки скорости потока реагирующего вещества и времени, которое реагирующее вещество проводит в реакторе, есть возможность существенным образом изменить выход продукта и селективность процесса, которые являются ключевыми для понимания кинетики и механизма реакции.
Исследователи также обнаружили, что почти весь химизм процесса осуществляется на входе в реактор – в начальных 10% объема реактора. Гросс говорит, что, опираясь на это неожиданное открытие, исследовательская группа сократила количество катализатора до одной десятой от первоначального объема и сосредоточила его на двухмиллиметровой области на входе в реактор без ухудшения каталитической активности и селективности. Эта информация может в будущем обеспечить значительную экономию для промышленных процессов.
Физик Карол Хирсшмугл (Carol Hirschmugl) из Университета Висконсин-Милуоки, являющийся специалистом в области синхротронной микроскопии, считает такое новое сочетание микроспектроскопий впечатляющим успехом. Хирсшмагл подчеркивает, что способ обеспечивает возможность определять интермедиаты сложных реакций, которые до настоящего времени было невозможно уловить in situ.
Если бы исследователи могли заглянуть внутрь и контролировать химические реакции в момент их прохождения на микроскопическом уровне и в режиме реального времени, то они смогли бы получить много полезной информации. Инженеры бы затем могли скорректировать геометрические параметры и размеры реактора и адаптировать распределение катализатора для повышения энергетической эффективности, увеличения количества выпускаемой продукции и повышения химической селективности процесса.
Благодаря исследованию, проведенному учеными из Калифорнийского университета в Беркли и Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли, совсем не за горами реакторы, сделанные для решения строго определенных задач на заказ.
Исследовательская группа разработала малогабаритный реактор, внутренняя зона которого может во всех деталях быть изучена исследоваться инфракрасными и рентгеновскими лучами. Ученые использовали такой подход, чтобы детально исследовать многостадийные химические реакции с высоким пространственным разрешением. Исследовательская группа выявила участки внутри реактора, где поступающий исходный материал превращался в первичный продукт, а затем в окончательный продукт. Локализация этих участков была проделана с точностью до 15 мкм. Исследователи скоррелировали полученную информацию с подобранным тщательно размещением, концентрацией и химическим состоянием каталитических наночастиц.
Для демонстрации результатов исследовательская группа из Беркли выбрала двухстадийную реакцию: каталитическую перегруппировку пропаргилового винилового эфира в алленовый альдегид, и затем реакцию алленового альдегида с образованием дигидропирана. Исследовательская группа, в которую входят Илад Гросс (Elad Gross), Ф. Дин Тосте (F. Dean Toste) и Габор А. Соморджай (Gabor A. Somorjai), выбрали эту реакцию потому, что каждое вещество обладает характеристичным ИК-спектром. Исследователи подавали исходный материал в проточный реактор, в который был загружен катализатор – кластеры золота размером в 2 нм.
Исследуя реагирующие вещества и продукты с помощью ИК-луча, а катализатор с помощью рентгеновского луча, ученые раскрыли главные особенности реакции, которые обычно скрыты. Например, они обнаружили, что с помощью корректировки скорости потока реагирующего вещества и времени, которое реагирующее вещество проводит в реакторе, есть возможность существенным образом изменить выход продукта и селективность процесса, которые являются ключевыми для понимания кинетики и механизма реакции.
Исследователи также обнаружили, что почти весь химизм процесса осуществляется на входе в реактор – в начальных 10% объема реактора. Гросс говорит, что, опираясь на это неожиданное открытие, исследовательская группа сократила количество катализатора до одной десятой от первоначального объема и сосредоточила его на двухмиллиметровой области на входе в реактор без ухудшения каталитической активности и селективности. Эта информация может в будущем обеспечить значительную экономию для промышленных процессов.
Физик Карол Хирсшмугл (Carol Hirschmugl) из Университета Висконсин-Милуоки, являющийся специалистом в области синхротронной микроскопии, считает такое новое сочетание микроспектроскопий впечатляющим успехом. Хирсшмагл подчеркивает, что способ обеспечивает возможность определять интермедиаты сложных реакций, которые до настоящего времени было невозможно уловить in situ.
Источник: | Собственная информация |
Учетная запись: | himsite.ru |
Дата: | 06.03.14 |