Наночастицы помогут химикам сэкономить на катализаторах

Используя уникальные свойства магнитных наночастиц, исследователи из Технологического института Джорджии впервые выделили два различных типа катализаторов из многостадийного химического процесса и использовали их в последующих реакциях, сообщает PhysOrg.

Совмещение магнитного и гравитационного методов разделения продуктов реакции и катализаторов, как считают ученые, в перспективе приведет к более эффективным технологиям производства химических веществ и уменьшению количества отходов на каждой стадии химического процесса.

В качестве демонстрации возможностей извлечения новых катализаторов в чистом виде ученые провели ряд химических реакций при различных температурах и давлении и показали, что созданные нанокатализаторы уже сейчас могут использоваться в простых химических реакциях, требующих только органических активных зон на катализаторе.

В демонстрационных опытах использовались сверхпарамагнитные наночастицы СoFe₄O₄ с добавлением силана с целью создания активных зон. Наноразмерные сверхпарамагнитные катализаторы настолько малы (5–20 нм в диаметре), что утрачивают способность к взаимодействию между собой, но не к взаимодействию с внешним магнитным полем, и это позволяет эффективно извлекать их из общей смеси. В качестве второго катализатора применялась сернокислотная полимерная смола. Катализаторы и все реактивы были добавлены в реактор одновременно, химическая реакция Кневенагеля длилась 30 минут. Немагнитный катализатор был удален из объема фильтрацией, в то время как магнитные наночастицы удерживались небольшим постоянным магнитом у стенок реактора. Затем был проведен химический анализ обоих катализаторов на предмет загрязнения, после чего катализаторы многократно использовались в последующих процессах.

«В конечном итоге определяющей окажется экономическая сторона вопроса. Если новые катализаторы позволят удешевить синтез хотя бы на 20%, это будет большим достижением», — комментирует проф. Джонс.

В настоящее время ученые работают над созданием катализаторов, магнитные свойства которых будут активироваться при различных температурах, что позволит избирательно извлекать их из процесса.