HYDROTALKITY JAKO PREKURSORY KATALIZATORÓW TLENKOWYCH

Syntetyczne minerały - hydrotalkity, zawierające w swojej strukturze katalitycznie aktywne jony metali przejściowych, znajdują zastosowanie w wielu procesach przemysłowych oraz w ochronie środowiska. 
Jednym z takich procesów jest reakcja, w wyniku której z tanich węglowodorów, takich jak propan, otrzymuje się propen (propylen), będący cennym surowcem stosowanym np. do produkcji tworzyw sztucznych. Do tej reakcji można z dobrym skutkiem użyć katalizatora otrzymanego w wyniku kalcynacji (rozkładu termicznego) hydrotalkitu wanadowo-magnezowego.

Nadzwyczaj ważnym problem w ochronie środowiska jest ograniczenie emisji do atmosfery toksycznych związków organicznych. Trudność w rozwiązaniu tego problemu polega na tym, że ilość szkodliwych substancji w dużej masie gazów odlotowych jest niewielka. Ich usunięcie na drodze spalania wymaga ogrzewania ogromnych mas powietrza, co jest bardzo kosztowne. Zastosowanie katalizatora, w obecności którego proces ten przebiega w znacznie niższej temperaturze, daje duży zysk ekonomiczny. Miedziowo-chromowy układ tlenkowy, którego prekursorem był hydrotalkit, okazał się bardzo dobrym (lepszym od stosowanych obecnie) katalizatorem w procesie całkowitego utleniania popularnych rozpuszczalników takich jak toluen i etanol, 
W ostatnich latach stwierdzono, że obecność w powietrzu lotnych związków organicznych zawierających azot powoduje u ludzi zmiany genetyczne i zwiększa ryzyko zachorowań na raka. Proces usuwania tych substancji jest złożony. W związku z tym katalizator musi równocześnie pełnić dwie funkcje: utleniającą i redukcyjną. Tlenki miedziowo-chromowe są znane jako katalizatory w procesach całkowitego spalania, podczas gdy wanad jest podstawowym składnikiem katalizatorów stosowanych w reakcjach selektywnej redukcji tlenków azotu. Zaprojektowano zatem hydrotalkity, które w swojej strukturze posiadały m.in. wyżej wymienione pierwiastki. Właściwości tych układów były ponadto modyfikowane dodatkiem innych kationów. Katalizator otrzymany z prekursora hydrotalkitowego zawierającego w swoim składzie Cu, Zn, Cr, Al, oraz V, okazał się bardzo skuteczny w procesie neutralizacji powszechnie stosowanego w przemyśle włókien sztucznych organicznego rozpuszczalnika zawierającego azot, jakim jest dwumetyloformamid.

Jednym z wyzwań dla dzisiejszego przemysłu farmaceutycznego jest opracowanie nowych procesów pozwalających na otrzymanie wysoko przetworzonych związków organicznych. Możliwość taką daje m.in. utlenianie węglowodorów aromatycznych w fazie ciekłej. Ciągle poszukuje się katalizatorów, które zapewniłyby odpowiednio wysoką wydajność tych reakcji. Zważywszy, że proces ten przebiega w niskiej temperaturze podjęto próbę zastosowania jako katalizatorów w tych reakcjach syntetycznych hydrotalkitów. Okazało się, że hydrotalkity na osnowie Zn, Cu i Al są bardzo dobrymi katalizatorami w procesach utleniania toluenu i ksylenów przy pomocy nadtlenku wodoru. 
Ze względu na szkodliwy wpływ tlenków azotu na środowisko naturalne, w tym wodę, gleby, powietrze, świat roślin, zwierząt i ludzi obecność tych toksycznych zanieczyszczeń w gazach emitowanych do atmosfery jest obłożona rygorystycznymi regulacjami prawnymi. Jednym ze sposobów eliminacji tlenków azotu z gazów odlotowych jest ich selektywna katalityczna redukcja amoniakiem lub węglowodorami. Okazało się, że w tym ostatnim przypadku dużą aktywność wykazują mieszane tlenki otrzymane z prekursorów hydrotalkitowych miedziowo-chromowych oraz cynkowo-glinowo-wanadowych.

 Przeprowadzone badania dowodzą, że zarówno syntetyczne minerały typu hydrotalkitu, jak i powstałe z nich mieszane tlenki są dobrymi katalizatorami (często lepszymi od komercyjnych katalizatorów) w wielu procesach o istotnym znaczeniu praktycznym. (J.K.)

Dr Krzysztof Bahranowski 
AGH-Wydz. Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska 
Tel. ( 0-12) 617-25-13 
email:[e-mail]