Aerobic oxidative induction catalysis - toward sustainable processes and chemicals

Research Project, 2017 – 2019

Kemister har en viktig och framträdande roll när det gäller att hitta lösningar som bidrar till hållbar kemikalieproduktion, vilket i längden bidrar till en minskad miljöpåverkan. Utgår man från att 20% av bruttovärldsprodukten är relaterad till kemi kan ny teknik inom kemisk produktion ha en verkligt stor positiv inverkan på miljön. I detta forskningsförslag presenteras en ny möjliggörande teknik – Induktionskatalys. Med induktionskatalys kan vi tackla flera stora utmaningar inom kemiområdet: atomekonomi, mindre farliga reagens, förebyggande av avfall (avfallsminskning) och design av energieffektiva system med klimatsmarta lösningar.

Tekniken bygger på att små magnetiska partiklar värms i ett oscillerande magnetiskt fält. Är partiklarna dessutom katalytiskt aktiva kommer det medföra att katalysatorn värms upp och katalysen blir mer effektiv och atomekonomisk. Då metoden leder till att främst katalysatorn värms och inte reaktionsmediet är detta en mycket energieffektiv uppvärmning. I storskaliga reaktioner kan detta få en enorm betydelse för att minska energiåtgången. Magnetiska katalysatorer är dessutom enkla att separera från reaktionsblandningen och möjliga att återvinna genom att de kan separeras med en extern magnet.

Vi föreslår att induktionskatalys kommer att vara användbar i miljövänliga oxidationer med syrgas. Syrgas i form av luft, är gratis, miljövänlig och leder till vatten som den enda biprodukten. Men syrgas är vanligvis svårt att aktivera och kräver hårda reaktionsförhållanden vilket ger ett begänsat användningsområde. Genom att selektivt värma katalysatorns yta kan reagens som syrgas aktiveras vid mildare reaktionsförhållanden och bredda syrgasens användningsområde som råmaterial i syntes av kemikalier. Metodiken är enkel och katalysatorerna i sig är billiga och enkla att modifiera. Den enklaste katalysatorn förutspås vara Fe2O3 eller Fe3O4 d.v.s. rost.

Sammanfattningsvis kan man säga att induktionskatalys är en ny teknik som leder till högeffektiva katalysatorer genom alternativ aktivering (genom induktiv uppvärmning). Induktionskatalys är inte bara en akademisk kuriositet utan kan användas för att göra flertalet viktiga industriella processer mer energieffektiva och lönsamma på grund av milda reaktionsbetingelser, ökad katalytisk prestanda, samt lättare upparbetning av produkt i reaktionsblandningar.