Petrokimya endüstrisinde yaygın olarak kullanılan kristal malzemeler olan zeolitler, ince kimyasalların üretiminde çok önemli katalizörler olarak hizmet eder, alüminyum zeolit yapılarda aktif yerlerin kaynağıdır. Hong Kong Politeknik Üniversitesi’nden (Polyu) bir araştırma ekibi, alüminyum atomların zeolit çerçevesinde kesin konumunu ortaya çıkardı.
Bu keşif, petrokimyasal ürünlerin verimini artırmayı, verimli yenilenebilir enerji depolama almayı ve hava kirliliğini kontrol etmeyi amaçlayan daha verimli ve istikrarlı katalizörlerin tasarımını kolaylaştırabilir. Bu ilerleme, ilgili alanlarda zeolitlerin uygulanmasını daha da teşvik edecektir. Bulgular şurada yayınlandı Bilim.
Araştırma, Polyu Uygulamalı Biyoloji ve Kimyasal Teknoloji Bölümü Kataliz ve Materyalleri Başkanı Prof. Shik Chi Edman Tsang tarafından yönetiliyor. Her ikisi de aynı bölümden araştırma görevlisi profesörü Dr. Guangchao Li ile birlikte doçent olan Prof. Tsz Woon Benedict Lo katıldı. Ekip, Oxford Üniversitesi’nden araştırmacılar ve Çin Bilimleri Akademisi Hassas Ölçüm Bilimi ve Teknolojisi için İnovasyon Akademisi ile işbirliği yaptı.
İyi tanımlanmış mikro gözenekli yapıları, yüksek yüzey alanı ve ayarlanabilir asitlik ve temellikleri ile karakterize edilen zeolitlerin benzersiz özellikleri, onları petrokimyasal rafinasyon, çevresel kataliz ve ince kimyasal sentezde vazgeçilmez hale getirir.
İkame alüminyum atomlarının zeolit çerçevesi içindeki dağılımı, moleküler adsorbatların geometrisini, katalitik aktiviteyi ve şekil ve boyut seçiciliğini etkiler. Bununla birlikte, bu alüminyum atomları doğru bir şekilde bulmak ve zeolitlerin katalitik davranışı üzerindeki etkilerini anlamak onlarca yıldır bilimsel topluluk için zorluklar yaratmıştır.
Araştırmalarında ekip, temel araştırma ve pratik uygulama arasındaki boşluğu kapatmak için hem laboratuvar sentezleşmiş hem de ticari H-ZSM-5 zeolitlerine odaklandı, ileri katalitik süreçler için H-ZSM-5’i optimize etti. Özellikle, ekip, prob destekli katı hal nükleer manyetik rezonans (SSNMR) ve moleküler adsorpsiyon yöntemleriyle senkrotron rezonant yumuşak X-ışını kırınımını entegre eden yenilikçi bir yaklaşım getirdi.
Bu entegrasyon, alüminyum atomların aktif bölgelerinde moleküllerin etkileşimlerini ortaya çıkardı. Nihayetinde, ekip ticari bir H-ZSM-5 zeolitte tek ve alüminyum atom çiftlerini bulmada bir atılım yaptı.
Araştırma bulguları, petrokimyasalların ötesinde geniş kapsamlı etkileri olan daha verimli ve seçici katalizörlerin geliştirilmesini kolaylaştıracak ve yenilenebilir enerji ve kirlilik kontrolü gibi endüstriler için potansiyel faydalar sunacaktır. Enerji tüketiminin azaltılması da sürdürülebilirliği teşvik edebilir ve çevresel etkiyi en aza indirebilir.
Petrokimya rafinasyonu için, bu katalizörler, özellikle benzin ve olefinler gibi ürünler için yakıt verimini ve kalitesini artırabilir ve aynı anda enerji kullanımını düşürebilir. Çevresel kataliz alanında, daha temiz havaya ve hafifletici hava kirliliğine katkıda bulunurlar. Yenilenebilir enerji ve biyoyakıtlar için, bu yenilikler hidrojen ekonomisinin geliştirilmesi için çok önemli olan hidrojen depolama ve kullanım süreçlerini ilerletir.
Prof. Edman Tsang, “Bu keşif, alüminyum atomların zeolit çerçevesindeki yerini tam olarak tanımladığı için bir oyun değiştiricidir ve ilk kez zeolit çerçevelerinin yapısal bir şekilde açıklanması sağlayarak, bu atılım, bilim adamlarının daha verimli ve hedeflenmiş zeolit katolikleri tasarlamasına izin verir.”
Benedict Lo, “Alüminyum atomların dağılımının ve adsorbe edilmiş moleküllerle etkileşim hakkında çok boyutlu bir görünüm elde etmek için çeşitli teknikleri araştırdık ve birleştirdik.
Guangchao Li, “Alüminyum atomlarının dağılımını ve konsantrasyonunu ve zeolitlerde gözenek mimarilerini tam olarak kontrol etmek için yeni sentez yöntemleri geliştireceğiz. Bu ilerleme, belirli endüstriyel uygulamalar için optimize edilmiş aktivite, seçicilik ve stabilite ile katalizörlerin tasarımını sağlayacak.”
İleriye baktığımızda, ekip araştırma sonuçlarını ticari uygulamalara dönüştürmek için endüstri ortaklarıyla yakın bir şekilde çalışacak. Ekip, yeşil kimya ve sürdürülebilir kataliz üzerine odaklanan Polyu-Daya Körfezi Teknolojisi ve İnovasyon Araştırma Enstitüsü’nün kapsamlı ağlarından ve araştırma güçlü yönlerinden yararlanarak, çeviri araştırmalarını teşvik etmek ve ileri zeolit katalizörlerinin ticarileştirilmesini hızlandırmak için yerli petrokimyasal şirketlerle işbirliği yapacak.
Bu çaba, Hong Kong’daki tek SSNMR tesisi ve Büyük Körfez Bölgesi ve Güney Çin’deki ilk dinamik nükleer polarizasyon SSNMR (DNP-SSNMR) spektrometresi de dahil olmak üzere son teknoloji ürünü Polyu tesisleri tarafından desteklenmektedir. Bu kaynaklar ekibin araştırma yeteneklerini güçlendirir ve araştırma çabalarının ilerlemesini kolaylaştırır.
