طبق گفته محققان آلمانی، یک کاتالیست حاوی نانولولههای کربنی اصلاح‌شده، یک واکنش مهم صنعتی را ملایم‌تر، ایمن‌تر و انتخابگرتر می‌کند. دانگشنگ سو از مؤسس&#۱۷۲۸ ماکس پلانک و همکارانش با اکسید کردن سطح نانولولههای کربنی و اضافه کردن یک خاکستر فسفر، این کاتالیست را ساخته‌اند.
بهبود یک واکنش مهم صنعتی با کاتالیست نانو‌لوله‌ای
طبق گفته
محققان آلمانی، یک کاتالیست حاوی نانولولههای کربنی اصلاح‌شده، یک واکنش مهم صنعتی
را ملایم‌تر، ایمن‌تر و انتخابگرتر می‌کند. دانگشنگ سو از مؤسسۀ ماکس پلانک و
همکارانش با اکسید کردن سطح نانولولههای کربنی و اضافه کردن یک خاکستر فسفر، این
کاتالیست را ساخته‌اند.
این کاتالیست واکنش هیدروژن‌زدایی اکسایشی گاز بوتان به بوتادین را نسبت به فلزات
کمپلکس ـ که معمولاً به‌عنوان کاتالیست در این واکنش استفاده می‌شوند ـ انتخابگرتر
و تحت شرایط واکنش ملایم‌تری کاتالیز می‌کند.
این واکنش برای تولید آلکن‌های چهار کربنه شامل بوتادین استفاده می‌شود. بوتادین
ماده‌ای است شیمیایی که به‌عنوان خوراک برای چندین پلیمر رایج از قبیل پلاستیک و
لاستیک سنتزی استفاده می‌شود. همینک برای تولید بوتادین و دیگر آلکن‌ها از بوتان،
از کاتالیست‌های اکسید فلز انتقالی(از قبیل کمپلکس‌های اکسید وانادیوم/ منیزیم)
استفاده میکنند. این واکنش‌ها برای افزایش فعالیت، از دماهای بالا و اکسیژن
فراوان استفاده میکنند، اما این شرایط می‌تواند محصولات آلکنی را اکسید کرده، منجر
به انتخابگری پایین برای بوتادین شود.
این فرایند جدید نه تنها در دماهای پایین‌تر( ۴۰۰oC) انجام می‌شود؛ بلکه به اکسیژن
خیلی کمتر نیاز دارد. سو می‌گوید:«این نانولولهها با بهترین کاتالیست‌های مبتنی
بر اکسید فلزی موجود در بازار برای تبدیل بوتان به بوتِن‌ها، به‌طور مطلوبی قابل
مقایسه هستند. آنها انتخابگری را برای بوتادین(مفیدترین جزء محصولات) حدود دو برابر
میکنند.» سو اضافه می‌کند:«این برای اولین بار است که بوتان نرمال به‌وسیله یک
فرایندِ بدون فلز، فعال شده‌است؛ البته این واکنش قبلاً فقط در مقیاس آزمایشگاهی
انجام شده‌است، همچنین در این فرایند جدید، از هوای معمولی می‌توان به جای اکسیژن
خالص استفاده کرد، بنابراین این واکنش ایمن‌تر می‌شود. کاتالیست ما توان بالقوه‌ای
برای تولید آلکن‌ها تحت شرایط ایمن، ملایم و خیلی انتخابگر دارد.»
نکته کلیدی در موفقیت این کاتالیست نانو‌لوله‌ای آن است که نانولولهها بعد از
شستشو با اسید نیتریک، با گروه‌های عاملی کربونیل(C=O) عامل‌دار می‌شوند. این
گروه‌های عاملی پیوند‌های C-H در بوتان را فعال میکنند. اضافه کردن مقدار کمی از
فسفر، بازده آلکنی را بیشتر بهبود می‌دهد. به عقیده این محققان این فسفر نقایص
نانولولهها را پوشش می‌دهد تا از واکنش دادن آنها با اکسیژن و تولید گونه‌های
اکسیژنی الکتروفیلی که محصولات آلکنی را تخریب میکنند، جلوگیری کند.
نانولولههای کربنی قبلاً به‌عنوان کاتالیست استفاده شده‌اند؛ از جمله در تبدیل
اتیل بنزن به استایرن. اما واکنش‌پذیری بوتان نسبت به اتیل بنزن کمتر، بنابراین
این محققان از کاتالیز این واکنش به‌وسیله نانولولهها متعجب شده بودند.
این محققان می‌گویند که اگر استفاده از نانولولههای کربنی برای کاتالیز یک واکنش
مهم مانند این واکنش، در مقیاس صنعتی موفقیت‌آمیز باشد؛ تحقیقات در زمینه کاهش
هزینه ساخت نانولولههای کربنی افزایش خواهد یافت.
نتایج این تحقیق در مجله Science منتشر شده‌است.
