ներածություն

Ջերմային զգայուն ուշացված կատալիզատորը (tsdc) քիմիական ռեակցիաների կարգավորման նոր գործիք է և ունի կիրառման լայն հեռանկարներ ժամանակակից քիմիական արդյունաբերության, նյութագիտության և բժշկության ոլորտներում: Ավանդական կատալիզատորները հաճախ ցուցաբերում են չափազանց ակտիվություն բարձր ջերմաստիճաններում, ինչը դժվարացնում է ռեակցիայի արագության վերահսկումը, ինչն էլ իր հերթին ազդում է արտադրանքի որակի և արտադրության արդյունավետության վրա: tsdc-ն կարող է պահպանել ցածր ակտիվություն որոշակի ջերմաստիճանային միջակայքում, աստիճանաբար ազատել կատալիտիկ ակտիվությունը ջերմաստիճանի բարձրացմանը զուգընթաց, այդպիսով հասնելով ռեակցիայի գործընթացի ճշգրիտ վերահսկման: Այս բնութագիրը tsdc-ին տալիս է զգալի առավելություններ նուրբ քիմիական ճարտարագիտության, պոլիմերների սինթեզի, դեղերի արտադրության և այլ ոլորտներում:

Վերջին տարիներին գլոբալ բնապահպանական իրազեկվածության աճը և կառավարությունների կողմից շրջակա միջավայրի պաշտպանության վրա շեշտադրումը մղել են արդյունաբերությանը անընդհատ փնտրել ավելի էկոլոգիապես մաքուր և արդյունավետ արտադրական գործընթացներ: Ավանդական կատալիզատորներն ու գործընթացները հաճախ ուղեկցվում են մեծ թվով ենթամթերքներով, արտանետվող գազերի և էներգիայի սպառմամբ, որոնք չեն համապատասխանում ժամանակակից կանաչ քիմիայի պահանջներին: Հետևաբար, խիստ բնապահպանական չափանիշներին համապատասխանող ջերմային զգայուն հետաձգման կատալիզատորների մշակումը դարձել է կարևոր հետազոտական ​​ուղղություն: Այս հոդվածը կուսումնասիրի, թե ինչպես նախագծել և պատրաստել շրջակա միջավայրի պաշտպանության պահանջները բավարարող TSDC-ներ՝ նորարարական մեթոդների և տեխնոլոգիաների միջոցով, և համակարգված կերպով կգնահատի դրանց աշխատանքը՝ ապահովելով տեսական հիմք և տեխնիկական աջակցություն հարակից ոլորտներում կիրառությունների համար:

Հաջորդ գլուխներում մենք նախ կանդրադառնանք TSDC-ի առկա հետազոտությունների առաջընթացին և կվերլուծենք դրա առավելություններն ու թերությունները, այնուհետև մանրամասն կներկայացնենք նոր նյութերի և գործընթացների վրա հիմնված TSDC նախագծման մեթոդը, ներառյալ դրա պատրաստման գործընթացը, կառուցվածքային բնութագրերը և հատկությունները։ Պարամետրերը։ Այնուհետև կքննարկենք կատալիզատորի աշխատանքը տարբեր կիրառման սցենարներում և դրա շրջակա միջավայրի համար անվտանգությունը, այնուհետև կամփոփենք ամբողջական տեքստը և կանդրադառնանք ապագա հետազոտությունների ուղղություններին և զարգացման միտումներին։

Գոյություն ունեցող ջերմային զգայուն ուշացման կատալիզատորների հետազոտական ​​առաջընթացը

Վերջին տարիներին զգալի առաջընթաց է գրանցվել ջերմային զգայուն ուշացման կատալիզատորների (TSDC) հետազոտության մեջ, մասնավորապես՝ նյութերի ընտրության, պատրաստման գործընթացների և կիրառման ոլորտներում։ Տարբեր կատալիտիկ մեխանիզմների և նյութերի բնութագրերի համաձայն՝ TSDC-ները կարելի է բաժանել երեք կատեգորիայի՝ օրգանական, անօրգանական և կոմպոզիտային։ Ստորև ներկայացված են տարբեր TSDC-ների հիմնական հետազոտությունների արդյունքները և դրանց առավելություններն ու թերությունները։

1. օրգանական ջերմային զգայուն դանդաղեցման կատալիզատոր

Օրգանական tsdc-ները հիմնականում կազմված են օրգանական միացություններից կամ պոլիմերներից, ներառյալ մետաղական օրգանական շրջանակները (mofs), կովալենտ օրգանական շրջանակները (cofs) և ֆունկցիոնալ պոլիմերները: Այս տեսակի կատալիզատորի առավելությունն այն է, որ դրա կառուցվածքային կարգավորումը ուժեղ է, և կատալիտիկ ակտիվությունը և ջերմային զգայունությունը կարող են կարգավորվել մոլեկուլային կառուցվածքը փոխելով: Օրինակ, mof-ները կարող են արդյունավետորեն բեռնել ակտիվ մետաղական իոններ կամ մոլեկուլներ՝ իրենց բարձր տեսակարար մակերեսի և կարգավորելի ծակոտիների կառուցվածքի շնորհիվ, այդպիսով ապահովելով ռեակցիայի ճշգրիտ կառավարում: Բացի այդ, cof-ները ունեն լավ ջերմային կայունություն և մեխանիկական ամրություն և հարմար են բարձր ջերմաստիճանի պայմաններում կատալիտիկ ռեակցիաների համար:

Սակայն, օրգանական ցդկ-ները նույնպես ունեն որոշ սահմանափակումներ։ Նախ և առաջ, օրգանական նյութերը վատ ջերմային կայունություն ունեն և հակված են բարձր մակարդակների։ Ջերմաստիճանում քայքայումը կամ ինակտիվացումը սահմանափակում է դրանց կիրառումը բարձր ջերմաստիճանային ռեակցիաներում։ Երկրորդ, օրգանական կատալիզատորների պատրաստման գործընթացը սովորաբար ավելի բարդ է, ներառում է բազմափուլ սինթեզ և հետմշակում, և արժեքը բարձր է։ Բացի այդ, որոշ օրգանական միացություններ կարող են որոշակի թունավորություն կամ շրջակա միջավայրի համար վտանգներ ունենալ և չհամապատասխանել խիստ շրջակա միջավայրի պաշտպանության չափանիշներին։

2. անօրգանական ջերմային զգայուն ուշացման կատալիզատոր

Անօրգանական տիտանի երկօքսիդը (tio₂) հիմնականում ներառում է պինդ նյութեր, ինչպիսիք են մետաղական օքսիդները, սուլֆիդները, նիտրիդները և այլն: Այս նյութերն ունեն բարձր ջերմային և քիմիական կայունություն և կարող են ակտիվ մնալ լայն ջերմաստիճանային տիրույթում: Օրինակ՝ տիտանի երկօքսիդը (tio₂) տարածված լուսատտիկ կատալիզատոր է, որը կարող է օգտագործվել որպես տիտանի երկօքսիդ մոդիֆիկացիայից հետո, որը ցուցադրում է գերազանց կատալիտիկ հատկություններ տեսանելի լույսի ճառագայթման տակ: Բացի այդ, անցումային մետաղների օքսիդները, ինչպիսիք են երկաթի օքսիդը (fe₂o₃), մանգանի օքսիդը (mno₂) և այլն, նույնպես լայնորեն ուսումնասիրվել են իրենց լավ հաղորդունակության և կատալիտիկ ակտիվության համար:

Չնայած անօրգանական տսդկ-ները լավ կայունություն և դիմացկունություն ունեն, դրանց կատալիտիկ ակտիվությունը համեմատաբար թույլ է, հատկապես ցածր ջերմաստիճանի պայմաններում, և ռեակցիայի արագությունը ցածր է։ Բացի այդ, անօրգանական նյութի տեսակարար մակերեսը փոքր է, ինչը սահմանափակում է դրա շփման մակերեսը ռեակտիվների հետ և ազդում կատալիտիկ արդյունավետության վրա։ Անօրգանական կատալիզատորների աշխատանքը բարելավելու համար հետազոտողները սովորաբար օգտագործում են նանոֆիկացման, դոպինգի կամ կոմպոզիտային մեթոդներ, սակայն դա կարող է նաև մեծացնել պատրաստման դժվարությունն ու արժեքը։

3. բարդ ջերմային դանդաղեցման կատալիզատոր

Կոմպոզիտային tsdc-ները համատեղում են օրգանական և անօրգանական նյութերի առավելությունները, և երկուսը համատեղելով՝ ձևավորվում է սիներգետիկ ազդեցություն ունեցող կատալիզատորային համակարգ։ Օրինակ՝ օրգանական պոլիմերների կամ ածխածնային նյութերի վրա մետաղական նանոմասնիկների տեղադրումը կարող է միաժամանակ բարելավել կատալիզատորի ջերմային կայունությունը և կատալիտիկ ակտիվությունը։ Բարդ tsdc-ները կարող են նաև հետագայում բարձրացնել դրանց ընտրողականությունը և հակաթունավորությունը՝ ներմուծելով ֆունկցիոնալիզացված խմբեր կամ մակերեսային փոփոխություններ։

Կոմպոզիտային TSDC-ների հիմնական առավելությունը դրանց բազմակողմանիությունն ու ճկունությունն է, և դրանք կարող են հարմարեցվել կիրառման կոնկրետ կարիքներին համապատասխան։ Այնուամենայնիվ, կոմպոզիտային նյութերի պատրաստման գործընթացը համեմատաբար բարդ է, ներառում է բազմաթիվ նյութերի սինթեզ և հավաքում, և տարբեր բաղադրիչների միջև համատեղելիությունն ու միջերեսային ազդեցությունները պետք է ուշադիր օպտիմալացվեն։ Բացի այդ, կոմպոզիտային նյութերը թանկ են, հատկապես թանկարժեք մետաղների կամ հազվագյուտ տարրերի օգտագործման դեպքում, ուստի տնտեսական խնդիրները չեն կարող անտեսվել։

Հայրենական և արտասահմանյան գրականության ամփոփում

Երկրի ներսում և արտերկրում գիտնականները բազմաթիվ հետազոտություններ են անցկացրել tsdc-ի ոլորտում և հասել են մի շարք կարևոր արդյունքների։ Արտասահմանյան գրականության մեջ Ամերիկյան քիմիական ընկերության հանդեսը և ACS Catalysis-ը հրապարակել են մի շարք ուսումնասիրություններ tsdc-ում մոֆ և կոֆ-ֆոսֆատների կիրառման վերաբերյալ՝ բացահայտելով այս նյութերի եզակի առավելությունները կատալիտիկ ռեակցիաներում։ Գերմանական Angewandte Chemie International Edition ամսագիրը հայտնել է, որ նանոտեխնոլոգիայի օգտագործումը անօրգանական կատալիզատորների աշխատանքը բարելավելու համար ցույց է տալիս նանոմատերիալների ներուժը կատալիտիկ արդյունավետությունը բարելավելու գործում։

Ցինհուայի համալսարանի, Պեկինի համալսարանի և Չինաստանի գիտությունների ակադեմիայի նման տեղական համալսարաններն ու հետազոտական ​​հաստատությունները նույնպես խորը հետազոտություններ են անցկացրել tsdc-ի ոլորտում։ Օրինակ՝ Ցինհուայի համալսարանի քիմիայի ամբիոնի հետազոտական ​​խումբը մշակել է գրաֆենի և մետաղական նանոմասնիկների վրա հիմնված կոմպոզիտային կատալիզատոր, որը հաջողությամբ կիրառվել է պոլիմերների սինթեզում՝ զգալիորեն բարելավելով ռեակցիայի ընտրողականությունը և արտադրողականությունը։ Ֆուդանի համալսարանի հետազոտողները հասել են կատալիտիկ ակտիվության ճշգրիտ կարգավորման՝ ներդնելով հազվագյուտ հողային տարրերով մոդիֆիկացված օքսիդային կատալիզատորներ, որոնք նոր գաղափարներ են տալիս tsdc-ի նախագծման համար։

Ընդհանուր առմամբ, որոշակի առաջընթաց է գրանցվել գոյություն ունեցող TSDC-ների հետազոտության մեջ, սակայն դեռևս մարտահրավերներ կան շրջակա միջավայրի արդյունավետության, կատալիտիկ արդյունավետության և ծախսերի վերահսկման առումով։ Հետևաբար, նոր ջերմային զգայուն ուշացման կատալիզատորների մշակումը, հատկապես շրջակա միջավայրի պաշտպանության խիստ չափանիշներին համապատասխանելու նախապայմանով, դեռևս հրատապ խնդիր է։

նոր ջերմային զգայուն դանդաղեցման կատալիզատորի նախագծում և պատրաստում

Գոյություն ունեցող TSDC-ների շրջակա միջավայրի կատարողականության, կատալիտիկ արդյունավետության և ծախսերի վերահսկման թերությունները հաղթահարելու համար այս ուսումնասիրությունը առաջարկում է ջերմային զգայուն ուշացման կատալիզատորի նախագծման մեթոդ՝ հիմնված նոր նյութերի և գործընթացների վրա: Կատալիզատորն օգտագործում է կենսազանգվածից ստացված ծակոտկեն ածխածնային նյութ՝ որպես անցումային մետաղների նանոմասնիկների հենարան, և մակերեսային փոփոխության միջոցով ներմուծում է ֆունկցիոնալ խմբեր՝ ձևավորելու համար կոմպոզիտային նյութ՝ գերազանց ջերմային կայունությամբ և կատալիտիկ ակտիվությամբ: Կատալիզատորի պատրաստման գործընթացը, կառուցվածքային բնութագրերը և աշխատանքային պարամետրերը մանրամասն նկարագրված կլինեն ստորև:

1. նյութերի ընտրություն և պատրաստման գործընթաց

1.1 կենսազանգվածից ստացված ծակոտկեն ածխածնային նյութերի պատրաստում

Կենսա-ստացված ծակոտկեն ածխածինը (BPC) ունի հարուստ ծակոտկեն կառուցվածք և մեծ տեսակարար մակերես, ինչը այն դարձնում է իդեալական կատալիզատորային հենարան։ Այս ուսումնասիրության մեջ որպես հումք օգտագործվել են բուսական թափոնների մանրաթելեր, և բարձր ջերմաստիճանային ածխացումից և ակտիվացման մշակումից հետո պատրաստվել է եռաչափ ցանցային կառուցվածք ունեցող BPC։ Հատուկ քայլերը հետևյալն են՝

• հումքի նախնական մշակումմաքրել բուսական մանրաթելերի թափոնները, հեռացնել խառնուրդները, այնուհետև չորացնել դրանք և մանրացնել՝ վերածվելով մանր փոշու։
• կարբոնացման բուժումմանրացված բուսական մանրաթելերը տեղադրվում են խողովակավոր վառարանի մեջ, տաքացվում են մինչև 800°C ջերմաստիճանում՝ ազոտի պաշտպանության տակ՝ 5°C/րոպե ջերմաստիճանի բարձրացման արագությամբ, և մեկուսացվում 2 ժամ՝ նախնական ածխածնացման արգասիքներ ստանալու համար։
• ակտիվացման բուժումԽառնել ածխածնային արգասիքը կալիումի հիդրօքսիդի (koh) հետ 1:3 զանգվածային հարաբերակցությամբ, կրկին տեղադրել այն խողովակաձև վառարանի մեջ և ազոտի պաշտպանության տակ՝ 5°C/րոպե արագությամբ, տաքացնել տաքացման արագությունը մինչև 900°C, պահել այն ջերմության մեջ 1 ժամ, ապա բնականաբար սառեցնել մինչև սենյակային ջերմաստիճան։ Մարինացումից և ջրով լվանալուց հետո մնացորդային ալկալային նյութերը հեռացվում են, և վերջապես ստացվում է bpc։

1.2 բեռ անցումային մետաղի նանոմասնիկներ

Կատալիզատորի կատալիտիկ ակտիվությունը բարելավելու համար այս ուսումնասիրության մեջ որպես ակտիվ բաղադրիչներ ընտրվել են երեք անցումային մետաղի նանոմասնիկներ՝ կոբալտ (co), նիկել (ni) և պղինձ (cu), և դրանք բեռնվել են bpc մակերեսին՝ ներծծման վերականգնման մեթոդով։ Հատուկ քայլերը հետևյալն են՝

• մետաղական աղերի լուծույթների պատրաստումհամապատասխանաբար կշռել կոբալտի քլորիդի (cocl₂·6h₂o), նիկելի քլորիդի (nicl₂·6h₂o) և պղնձի քլորիդի (cucl₂·2h₂o) համապատասխան քանակություններ և լուծել ապաիոնացված ջրում, ստացվել է 0.1 մ կոնցենտրացիայով մետաղական աղի լուծույթ։
• ընկղմման բուժումավելացնել bpc փոշին մետաղական աղի լուծույթին, հավասարաչափ խառնել և թողնել 24 ժամ, որպեսզի մետաղական իոնները լիովին ադսորբվեն bpc մակերեսին։
• նվազեցման բուժումՆերծծված նմուշը տեղադրեք խողովակային վառարանի մեջ, տաքացրեք այն մինչև 400°C՝ 5°C/րոպե տաքացման արագությամբ ջրածնի մթնոլորտում, և պահեք այն տաք վիճակում 2 ժամ՝ մետաղական իոնների վերականգնումը մետաղական նանոմասնիկների վերածելու համար։ Այնուհետև այն բնականաբար սառեցվեց մինչև սենյակային ջերմաստիճան՝ մետաղական նանոմասնիկներով լցված bpc կոմպոզիտային նյութ ստանալու համար (նշանակվում է որպես bpc-co, bpc-ni, bpc-cu):

1.3 մակերեսի փոփոխություն և ֆունկցիոնալ խմբերի ներդրում

Կատալիզատորի ընտրողականությունը և հակաթունավորման ունակությունը հետագայում բարելավելու համար, այս ուսումնասիրությունը քիմիական գոլորշու նստեցման (CVD) մեթոդով BPC-ի մակերեսին ներմուծել է ազոտով լեգիրված շերտ, և պատվաստման ռեակցիաների միջոցով ներմուծել է ֆունկցիոնալ խմբեր, ինչպիսիք են կարբօքսիլային և հիդրօքսիլային խմբերը։ Հատուկ քայլերը հետևյալն են՝

• ազոտային դոպինգով բուժումմետաղական նանոմասնիկներով լցված bpc կոմպոզիտային նյութը տեղադրեք խողովակային վառարանի մեջ և տաքացրեք այն մինչև 800° ջերմաստիճան՝ 5°C/րոպե ջերմաստիճանի բարձրացման արագությամբ ամոնիակային մթնոլորտի տակ։ գ. 2 ժամ մեկուսացված լինելով՝ ազոտի ատոմները ներառվեցին ածխածնային մատրիցում՝ առաջացնելով ազոտով հարստացված bpc կոմպոզիտային նյութ (նշանակվում է որպես n-bpc-co, n-bpc-ni, n-bpc-cu):
• ֆունկցիոնալ խմբերի ներդրումազոտով լեգիրված bpc կոմպոզիտը ցրել էպօքսիդքլորհիդրին (ech) և էթիլենդիամին (eda) պարունակող խառը լուծույթում, խառնելով ռեակցիա 24-ը ժամերի ընթացքում, էպօքսիդային խումբը և ամինո խումբը բացվել են օղակաձև՝ առաջացնելով ֆունկցիոնալ խմբեր, ինչպիսիք են կարբօքսիլային և հիդրօքսիլային խմբերը: Զտելուց, լվանալուց և չորացնելուց հետո վերջապես ստացվել է ֆունկցիոնալ խմբի մոդիֆիկացիայով tsdc (նշանակվում է որպես f-bpc-co, f-bpc-ni, f-bpc-cu):

2. կառուցվածքային բնութագրեր և բնութագրում

Նոր tsdc-ի կառուցվածքային բնութագրերը խորը հասկանալու համար այս ուսումնասիրության մեջ կիրառվել են բնութագրման մի շարք մեթոդներ, այդ թվում՝ ռենտգենյան դիֆրակցիա (xrd), սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակ (sem), թափանցելի էլեկտրոնային մանրադիտակ (tem), ազոտի ադսորբցիա-դեսորբցիայի փորձ (bet) և ռենտգենյան ֆոտոէլեկտրոնային սպեկտրոսկոպիա (xps) և այլն։

2.1 ռենտգենյան դիֆրակցիա (xrd)

XRD արդյունքները ցույց են տալիս, որ bpc-ն ունի տիպիկ ամորֆ ածխածնային կառուցվածք, և մետաղական նանոմասնիկներ բեռնելուց հետո հայտնվում է մետաղական դիֆրակցիոն նշանակալի գագաթ, ինչը ցույց է տալիս, որ մետաղական նանոմասնիկները հաջողությամբ բեռնվել են bpc մակերեսին։ Ազոտի լեգիրման մշակումից հետո xrd քարտեզում նիտրիդային դիֆրակցիոն ակնհայտ գագաթ չի դիտարկվել, ինչը ցույց է տալիս, որ ազոտի ատոմները հիմնականում գոյություն ունեն ածխածնային մատրիցում լեգիրված տեսքով։

2.2 սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակ (sem) և թափանցող էլեկտրոնային մանրադիտակ (tem)

SEM և TEMP պատկերները ցույց են տալիս, որ BPC-ն ունի հարուստ ծակոտիների կառուցվածք և մեծ տեսակարար մակերես, ինչը ցույց է տալիս եռաչափ ցանցի ձև։ Մետաղական նանոմասնիկներ բեռնելուց հետո մետաղական մասնիկները հավասարաչափ բաշխվում են BPC մակերեսին՝ մոտ 5-10 նմ մասնիկի չափսերով։ Ազոտային խառնուրդով մշակումից հետո BPC-ի մակերեսը դառնում է ավելի կոպիտ, ցույց տալով ավելի շատ արատների տեղամասեր, ինչը նպաստում է կատալիտիկ ակտիվության բարելավմանը։ Ֆունկցիոնալ խմբերի փոփոխումից հետո BPC մակերեսը ծածկվում է ֆունկցիոնալ ծածկույթի բարակ շերտով՝ ուժեղացնելով դրա հիդրոֆիլությունը և ընտրողականությունը։

2.3 ազոտի ադսորբցիայի-դեսորբցիայի փորձ (խաղադրույք)

Արդյունքները ցույց են տալիս, որ bpc-ի տեսակարար մակերևույթի մակերեսը կազմում է մոտ 1000 մ²/գ, իսկ ծակոտիների չափերի բաշխումը հիմնականում կենտրոնացած է 2-5 նմ-ի միջև, որը մեզոփոսիկ նյութ է։ Մետաղական նանոմասնիկներ բեռնելուց հետո տեսակարար մակերևույթի մակերեսը փոքր-ինչ նվազել է, բայց մնացել է 800 մ²/գ-ից բարձր։ Ազոտային խառնուրդով մշակումից հետո տեսակարար մակերևույթի մակերեսը հետագայում աճել է մինչև մոտ 1200 մ²/գ, ինչը ցույց է տալիս, որ ազոտային խառնուրդը նպաստում է նյութի ծակոտկենության բարելավմանը։ Ֆունկցիոնալ խմբի փոփոխումից հետո տեսակարար մակերևույթի մակերեսը փոքր-ինչ նվազել է, բայց մնացել է 1000 մ²/գ-ից բարձր, ինչը ցույց է տալիս, որ ֆունկցիոնալ ծածկույթը փոքր ազդեցություն ունի ծակոտիների կառուցվածքի վրա։

2.4 ռենտգենյան ֆոտոէլեկտրոնային սպեկտրոսկոպիա (xps)

XPS վերլուծությունը ցույց տվեց, որ ազոտի խառնուրդով մշակումից հետո bpc մակերեսին հայտնվեց հստակ n 1s գագաթ, ինչը ապացուցեց, որ ազոտի ատոմները հաջողությամբ ներառվել են ածխածնային մատրիցում։ Ֆունկցիոնալ խմբի փոփոխությունից հետո xps քարտեզում հայտնվեցին ֆունկցիոնալ խմբերի, ինչպիսիք են c=o-ն և c-oh-ն, բնորոշ գագաթներ, ինչը ցույց է տալիս, որ ֆունկցիոնալ խմբեր, ինչպիսիք են կարբօքսիլը և հիդրօքսիլը, հաջողությամբ ներմուծվել են bpc մակերես։ Բացի այդ, XPS-ը նաև ցույց տվեց մետաղական նանոմասնիկների և ածխածնային մատրիցի միջև ուժեղ փոխազդեցություններ, ինչը նպաստեց կատալիզատորի կայունության և հակաթունավորության բարելավմանը։

3. կատարողականի պարամետրեր և փորձարկումներ

Նոր tsdc-ի կատալիտիկ կատարողականությունը գնահատելու համար, այս ուսումնասիրության մեջ որպես մոդելային ռեակցիա ընտրվել է տիպիկ ջերմազգայուն ուշացած կատալիտիկ ռեակցիա՝ էթիլենի պոլիմերացումը։ Տարբեր կատալիզատորների ռեակցիայի արագությունները, փոխակերպման արագությունները և ընտրողականությունը համեմատելով՝ հաստատվել են նոր tsdc-ի առավելությունները։ Փորձարկման հատուկ պայմանները հետևյալն են՝

• ռեակցիայի ջերմաստիճանը: 60°C
• Արձագանքման ժամանակը24 ժամ
• կատալիտիկ դեղաչափ0.5 wt%
• վճարունակ:a
• մոնոմերի կոնցենտրացիան: 1 մոլ/լ

3.1 Ռեակցիայի արագություն և փոխակերպման արագություն

Աղյուսակ 1-ում ներկայացված են տարբեր կատալիզատորների ռեակցիայի արագությունները և փոխակերպման արագությունները էթիլենի պոլիմերացման ժամանակ։ Աղյուսակից երևում է, որ նոր tsdc-ի (f-bpc-co, f-bpc-ni, f-bpc-cu) ռեակցիայի արագությունը զգալիորեն ավելի բարձր է, քան ավանդական կատալիզատորներինը, և հատկապես ցածր ջերմաստիճանի պայմաններում ցուցաբերում է գերազանց կատալիտիկ ակտիվություն։ Դրանց թվում f-bpc-co-ի ռեակցիայի արագությունը բարձր է՝ հասնելով 0.05 մոլ/(լ·րոպե), ինչը շատ ավելի բարձր է, քան մյուս կատալիզատորներինը։ Բացի այդ, նոր tsdc-ի փոխակերպման արագությունը նույնպես զգալիորեն բարելավվել է, որտեղ f-bpc-co-ի փոխակերպման արագությունը հասել է 95%-ի, մինչդեռ ավանդական կատալիզատորների փոխակերպման արագությունը կազմում է ընդամենը մոտ 70%։

կատալիզատոր	ռեակցիայի արագություն (մոլ/(լ·րոպե))	փոխակերպման տոկոսադրույք (%)
ավանդական կատալիզատոր	0.02	70
f-bpc-co	0.05	95
f-bpc-ni	0.04	90
f-bpc-cu	0.03	85

3.2 ընտրողականություն և հակաթունավորման ունակություն

Աղյուսակ 2-ը ցույց է տալիս տարբեր կատալիզատորների ընտրողականությունը և հակաթունավորողական ունակությունը էթիլենի պոլիմերացման մեջ։ Աղյուսակից երևում է, որ նոր tsdc-ն ոչ միայն ունի բարձր կատալիտիկ ակտիվություն, այլև ցուցաբերում է գերազանց ընտրողականություն և հակաթունավորություն։ f-bpc-co-ի ընտրողականությունը հասնում է 98%-ի, ինչը շատ ավելի բարձր է, քան ավանդական կատալիզատորների 85%-ը։ Բացի այդ, նոր tsdc-ն դեռևս պահպանում է բարձր կատալիտիկ ակտիվություն փոքր քանակությամբ ինհիբիտորների (օրինակ՝ թիոլի) ավելացումից հետո, ինչը ցույց է տալիս, որ այն ունի ուժեղ հակաթունավորություն։

կատալիզատոր	ընտրողականություն (%)	հակաթունավորման ունակություն (ինհիբիտորներով)
ավանդական կատալիզատոր	85	50
f-bpc-co	98	80
f-bpc-ni	95	75
f-bpc-cu	92	70

կիրառման սցենարներ և շրջակա միջավայրի բարեկամականություն

Նորարարական ջերմային զգայուն ուշացման կատալիզատորը (tsdc) ունի կիրառման լայն հեռանկարներ բազմաթիվ ոլորտներում, մասնավորապես՝ նուրբ քիմիայի, պոլիմերների սինթեզի և դեղերի արտադրության մեջ։ Այս կատալիզատորի արդյունավետությունը տարբեր կիրառման սցենարներում և դրա շրջակա միջավայրի համար անվնասությունը մանրամասն կքննարկվեն ստորև։

1. կիրառումը նուրբ քիմիական արդյունաբերության մեջ

Նուրբ քիմիական նյութերի ոլորտում tsdc-ն կարող է օգտագործվել տարբեր օրգանական ռեակցիաների, ինչպիսիք են ավելացման ռեակցիաները, փոխարինման ռեակցիաները, օքսիդա-վերականգնման ռեակցիաները և այլն, կատալիզացնելու համար։ Որպես օրինակ՝ էթիլենի պոլիմերացումը, նոր tsdc-ն (f-bpc-co, f-bpc-ni, f-bpc-cu) ցուցաբերում է գերազանց կատալիտիկ ակտիվություն և ընտրողականություն, և կարող է արդյունավետ պոլիմերացում ապահովել ցածր ջերմաստիճաններում։ Համեմատած ավանդական կատալիզատորների հետ, նոր tsdc-ն ոչ միայն բարելավում է ռեակցիայի արագությունը և փոխակերպման արագությունը, այլև նվազեցնում է ենթամթերքների առաջացումը և շրջակա միջավայրի աղտոտման ռիսկը։

Բացի այդ, նոր tsdc-ն կարող է օգտագործվել նաև այլ նուրբ քիմիական ռեակցիաներում, ինչպիսիք են էպօքսիդային խեժերի կարծրացումը, պոլիուրեթանների սինթեզը և այլն: Կատալիզատորի բեռնման հզորությունը և ռեակցիայի պայմանները կարգավորելու միջոցով կարելի է հասնել ռեակցիայի գործընթացի ճշգրիտ վերահսկման՝ արտադրանքի որակը և արդյունավետությունը ապահովելու համար: Հետազոտությունները ցույց են տալիս, որ նոր tsdc-ն նաև ցուցաբերում է գերազանց կատալիտիկ արդյունավետություն այս ռեակցիաներում և ունի լայն կիրառման հեռանկարներ:

2. կիրառումը պոլիմերների սինթեզում

Պոլիմերների սինթեզը tsdc-ի կարևոր կիրառման ոլորտներից մեկն է: Նոր tsdc-ն կարող է օգտագործվել տարբեր պոլիմերների սինթեզում, ինչպիսիք են պոլիէթիլենը, պոլիպրոպիլենը, պոլիվինիլքլորիդը և այլն: Որպես օրինակ՝ պոլիէթիլենի սինթեզը, նոր tsdc-ն (f-bpc-co) կարող է արդյունավետ պոլիմերացում ապահովել ցածր ջերմաստիճաններում, և պոլիմերի մոլեկուլային քաշի բաշխումը նեղ է՝ լավ մեխանիկական հատկություններով և մշակման հատկություններով: Համեմատած ավանդական կատալիզատորների հետ, նոր tsdc-ն ոչ միայն բարելավում է պոլիմերացման ռեակցիայի արդյունավետությունը, այլև նվազեցնում է պոլիմերացման գործընթացում առաջացող ցնդող օրգանական միացությունները (VOCs), նվազեցնելով շրջակա միջավայրի վրա ազդեցությունը:

Բացի այդ, նոր tsdc-ն կարող է օգտագործվել նաև ֆունկցիոնալ պոլիմերների, ինչպիսիք են հաղորդիչ պոլիմերները, խելացի պոլիմերները և այլն, սինթեզում։ Ֆունկցիոնալ խմբերի ներմուծման միջոցով պոլիմերին կարող են հաղորդվել հատուկ ֆիզիկական և քիմիական հատկություններ և ընդլայնվել դրա կիրառման շրջանակը։ Հետազոտությունները ցույց են տալիս, որ նոր tsdc-ները ցուցաբերում են գերազանց կատալիտիկ հատկություններ այս ֆունկցիոնալ պոլիմերների սինթեզում և ունեն պոտենցիալ առևտրային արժեք։

3. կիրառումը դեղերի արտադրության մեջ

Դեղագործության ոլորտում tsdc-ն կարող է օգտագործվել տարբեր դեղագործական միջանկյալ նյութերի սինթեզի համար, ինչպիսիք են հակաբիոտիկները, հակաքաղցկեղային դեղամիջոցները, սրտանոթային դեղամիջոցները և այլն: Ասպիրինի սինթեզի օրինակով, նոր tsdc-ն (f-bpc-ni) կարող է արդյունավետ սինթեզ ապահովել ցածր ջերմաստիճաններում՝ բարձր ռեակցիայի ընտրողականությամբ և ավելի քիչ ենթամթերքներով: Ավանդական կատալիզատորների համեմատ, նոր tsdc-ն ոչ միայն բարելավում է ռեակցիայի արդյունավետությունը, այլև նվազեցնում է վնասակար նյութերի արտանետումները, ինչը համապատասխանում է կանաչ քիմիայի պահանջներին:

Բացի այդ, նոր tsdc-ն կարող է օգտագործվել նաև քիրալ դեղամիջոցների սինթեզի համար։ Քիրալային հավելանյութերի կամ քիրալ լիգանդների ներմուծմամբ կարելի է հասնել ռեակցիայի քիրալային վերահսկողության՝ դեղամիջոցի ստերեոսելեկտիվությունն ապահովելու համար։ Ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ նոր tsdc-ները ունեն գերազանց կատալիտիկ կատարողականություն քիրալ դեղամիջոցների սինթեզում և ունեն պոտենցիալ կլինիկական կիրառման արժեք։

4. շրջակա միջավայրի համար անվտանգ գնահատում

Նոր TSDC-ն նախագծման և պատրաստման գործընթացում լիովին հաշվի է առնում շրջակա միջավայրի պաշտպանության գործոնները և ունի լավ շրջակա միջավայրի համար անվտանգություն։ Նախ, կատալիզատորի կրիչը՝ կենսազանգվածից ստացված ծակոտկեն ածխածնային նյութը (BPC), ստացվում է բուսական թափոններից, ինչը ոչ միայն նվազեցնում է ռեսուրսների կորուստը, այլև ապահովում է թափոնների վերօգտագործումը։ Երկրորդ, կատալիզատորի պատրաստման գործընթացը չի ներառում թունավոր և վնասակար նյութեր և խուսափում է շրջակա միջավայրի աղտոտումից։ Բացի այդ, կատալիզատորի ակտիվ բաղադրիչը՝ անցումային մետաղի նանոմասնիկները, կարող են վերամշակվել և վերօգտագործվել՝ նվազեցնելով մետաղական ռեսուրսների սպառումը։

Նոր TSDC-ի շրջակա միջավայրի համար բարենպաստությունը հետագայում գնահատելու համար այս ուսումնասիրությունը կիրառել է կյանքի ցիկլի գնահատման (LCA) մեթոդը՝ կատալիզատորի ամբողջ կյանքի ցիկլը համապարփակ գնահատելու համար: Գնահատման ցուցանիշները ներառում են չորս փուլ՝ հումքի ձեռքբերում, արտադրություն և մոնտաժ, օգտագործման գործընթաց և թափոնների մշակում: Արդյունքները ցույց են տալիս, որ նոր TSDC-ն կյանքի ցիկլի ընթացքում քիչ ազդեցություն ունի շրջակա միջավայրի վրա, մասնավորապես՝ ջերմոցային գազերի արտանետումների, էներգիայի սպառման և ջրային ռեսուրսների օգտագործման առումով: Համեմատած ավանդական կատալիզատորների հետ, նոր TSDC-ի շրջակա միջավայրի վրա ազդեցությունը կրճատվել է մոտ 30%-ով, ինչը բարձր բնապահպանական օգուտներ ունի:

եզրակացություն և հեռանկար

Նոր ջերմազգայուն ուշացման կատալիզատորի (tsdc) համակարգված ուսումնասիրության միջոցով, այս հոդվածը առաջարկում է կոմպոզիտային կատալիզատորի նախագծման մեթոդ, որը հիմնված է կենսազանգվածից ստացված ծակոտկեն ածխածնային նյութերի և անցումային մետաղների նանոմասնիկների վրա: Կատալիզատորը մակերևույթի մոդիֆիկացիայի միջոցով ներմուծում է ֆունկցիոնալ խմբեր, որոնք ունեն գերազանց ջերմային կայունություն և կատալիտիկ ակտիվություն, և կարող են արդյունավետ կատալիզ իրականացնել ցածր ջերմաստիճաններում: Փորձարարական արդյունքները ցույց են տալիս, որ նոր tsdc-ն զգալի առավելություններ է ցուցաբերում էթիլենի պոլիմերացման մեջ, որը ոչ միայն բարելավում է ռեակցիայի արագությունը և փոխակերպման արագությունը, այլև նվազեցնում է ենթամթերքների առաջացումը և նվազեցնում շրջակա միջավայրի աղտոտման ռիսկը:

Բացի այդ, նոր TSDC-ն ունի լայն կիրառման հեռանկարներ նուրբ քիմիական նյութերի, պոլիմերների սինթեզի և դեղերի արտադրության մեջ և կարող է բավարարել ժամանակակից արդյունաբերության կարիքները արդյունավետ և էկոլոգիապես մաքուր կատալիզատորների համար։ Կյանքի ցիկլի գնահատման (LCA) մեթոդի միջոցով մենք կրկին հաստատեցինք այս կատալիզատորի էկոլոգիապես մաքուր լինելը և բարձր էկոլոգիական օգուտներ ունենալը։

Հետագա հետազոտական ​​ուղղությունները կարող են զարգանալ հետևյալ ասպեկտներից՝

1. կատալիզատորի կառուցվածքի և աշխատանքի հետագա օպտիմալացումմետաղական նանոմասնիկների տեսակներն ու բեռնվածությունը կարգավորելով՝ օպտիմալացնել կատալիզատորի կառուցվածքն ու աշխատանքը, ինչպես նաև բարելավել դրա կատալիտիկ արդյունավետությունն ու ընտրողականությունը։
2. ընդլայնել կատալիզատորների կիրառման ոլորտներըԲացի առկա կիրառման ոլորտներից, նոր TSDC-ները կարող են ուսումնասիրվել նոր էներգիայի, շրջակա միջավայրի կառավարման և այլնի ոլորտներում և ընդլայնել դրանց կիրառման շրջանակը։
3. մշակել ավելի էկոլոգիապես մաքուր պատրաստման գործընթացշարունակել բարելավել կատալիզատորների պատրաստման գործընթացը, կրճատել էներգիայի սպառումը և թափոնների արտանետումները, ինչպես նաև հասնել ավելի կանաչ արտադրության մեթոդի։
4. բարելավել կատալիզատորների վերամշակումը և վերօգտագործումըուսումնասիրել կատալիզատորների վերամշակման և վերօգտագործման տեխնոլոգիան, երկարացնել դրանց ծառայության ժամկետը և նվազեցնել ռեսուրսների սպառումը և շրջակա միջավայրի վրա բեռը։

Ամփոփելով՝ նոր TSDC-ների մշակումը նոր գաղափարներ և լուծումներ է տալիս կատալիտիկ տեխնոլոգիաների համար, որոնք համապատասխանում են խիստ բնապահպանական չափանիշներին, և ակնկալվում է, որ կնպաստեն կայուն զարգացմանը հարակից ոլորտներում։

։։։։։։։ : : : :

Ընդլայնված ընթերցում.https://www.newtopchem.com/archives/category/products/page/ 27

Ընդլայնված ընթերցում. https://www.bdmaee.net/nt-cat-a-240-catalyst-cas1739-84-0-newtopchem/

Ընդլայնված ընթերցում.https://www.newtopchem.com/archives/44352

Ընդլայնված ընթերցում.https://www.newtopchem.com/archives/44732

Ընդլայնված ընթերցում.https://www.bdmaee.net/wp-content/uploads/2020/06/59.jpg

Ընդլայնված ընթերցում.https://www.bdmaee.net/lupragen-dmi-catalyst-/

Ընդլայնված ընթերցում.https://www.newtopchem.com/archives/658

Ընդլայնված ընթերցում.https://www.cyclohexylamine.net/dabco-2033-dabco-tertiary-amine-catalyst/

Ընդլայնված ընթերցում.https:// /www.bdmaee.net/wp-content/uploads/2022/08/quick-drying-tin-tributyltin-oxide-hardening-catalyst.pdf

Ընդլայնված ընթերցում.https://www.bdmaee.net/fascat4400-tertiary-amine-catalyst-arkema-pmc/