ZESPÓŁ AUTORSKI

Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu

Mariusz Pietrowski - kierownik zespołu

Michał Zieliński

Agata Suchora

Emilia Alwin

CO MOŻNA OSIĄGNĄĆ DZIĘKI WYNALAZKOWI?

Celem wynalazku było opracowanie taniego i łatwego do otrzymania katalizatora niklowego o wysokiej odporności termicznej i wysokiej aktywności w reakcjach uwodornienia. Innowacyjność wynalazku polega na syntezie katalizatora z roztworu stałego MgF2-NiF2. Podczas redukcji tego materiału NiF2 redukuje się do metalicznego niklu, a MgF2, który w tych warunkach się nie redukuje, stanowi swoisty "stelaż" dla niklu i zapewnia stabilność całej struktury. Wykazano bardzo wysoką aktywność tego katalizatora w reakcji uwodornienia toluenu - wyższą od komercyjnego Niklu Raneya. Skoro katalizator jest aktywny w reakcji uwodornienia toluenu, to będzie także aktywny w wielu innych reakcjach uwodornienia. Katalizator wg wynalazku może zastąpić Nikiel Raneya, ponieważ pozbawiony jest wad Niklu Raneya jak np. nie jest piroforyczny, co zwiększa bezpieczeństwo jego użytkowania i transportu, zawiera znacznie mniej niklu (co czyni go tańszym od Niklu Raneya) i przede wszystkim jest od niego aktywniejszy.

ISTOTA WYNALAZKU

Przedmiotem wynalazku jest niklowy katalizator uwodornienia otrzymany nowym sposobem z roztworu stałego MgF2-NiF2. Jeśli jakaś reakcja chemiczna zachodzi z bardzo małą szybkością, można ją przyśpieszyć używając katalizatora. Kataliza jest zjawiskiem powszechnym – reakcje biochemiczne zachodzące w organizmach żywych, to reakcje katalityczne – katalizatorami są enzymy. Także w przemyśle chemicznym kataliza jest powszechna - większość procesów chemicznych przebiega w obecności katalizatorów. Wśród katalizatorów przemysłowych, poczesne miejsce zajmują katalizatory niklowe. Są wielokrotnie tańsze od platynowych a jednocześnie bardzo aktywne. Katalizatory niklowe wykorzystywane są na szeroką skalę w przemyśle chemicznym w wielu reakcjach syntezy organicznej, głównie w reakcjach, w których do związku organicznego wprowadzany jest wodór - w reakcjach uwodornienia. Wychodząc z prostych i tanich surowców o mniejszej liczbie atomów wodoru, można otrzymywać nowe, cenne związki zawierające więcej atomów wodoru. Tradycyjne, powszechnie stosowane katalizatory niklowe, to nikiel Raneya oraz nikiel osadzony na nośniku. Nikiel Raneya opracowany i opatentowany został w 1926 roku przez Murray’a Raneya, jako katalizator do uwodornienia olejów roślinnych. Jest to katalizator szkieletowy otrzymywany przez wymywanie glinu za pomocą roztworów alkalicznych ze stopów Ni-Al. Stopy Ni-Al otrzymywane są w bardzo wysokich temperaturach 1200-1600 st.C. Uzyskany nikiel Raneya jest piroforyczny (zapala się w zetknięciu z powietrzem), dlatego jest przechowywany w stanie mokrym. Nikiel Raneya jest stosunkowo drogi ze względu na wysokie koszty produkcji. Drugą grupę katalizatorów niklowych, stanowią układy, w których nikiel osadzony jest na nośniku. Znanych jest wiele nośników dla niklu: tlenek glinu, krzemionka, tlenek tytanu, węgiel aktywny i wiele innych. Zazwyczaj metal wprowadzany jest na nośnik poprzez zanurzenie nośnika w roztworze zawierającym związek niklu. Następnie rozpuszczalnik się odparowuje a nośnik z osadzonym na jego powierzchni związkiem niklu poddaje się redukcji w atmosferze wodoru. W efekcie otrzymujemy cząstki metalicznego niklu osadzone na powierzchni nośnika. W wysokich temperaturach, w których prowadzone są zwykle reakcje uwodornienia, te małe cząstki niklu łączą się tworząc większe cząstki – katalizator traci aktywność. Stąd bardzo ważną zaletą katalizatorów powinna być ich duża odporność na wysokie temperatury – taką cechę posiada katalizator wg wynalazku. Innowacyjność wynalazku polega na syntezie katalizatora poprzez redukcję wodorem, uzyskanego wcześniej roztworu stałego MgF2-NiF2. Podczas tego procesu, NiF2 redukuje się do aktywnego katalitycznie metalicznego niklu, a MgF2, który w tych warunkach się nie redukuje, stanowi swoisty "stelaż/szkielet" dla niklu i zapewnia stabilność całej struktury. Otrzymany katalizator zastosowano w reakcji uwodornienia toluenu. Zaletą katalizatora wg wynalazku jest wysoka aktywność (jest aktywniejszy niż komercyjny Nikiel Raneya) i stabilność długoterminowa w warunkach reakcji – podczas reakcji uwodornienia toluenu nie stwierdzono spadku aktywności nawet po 24 godzinach reakcji. Ogólną prawidłowością w katalizie jest to, że katalizator aktywny w jednej reakcji uwodornienia, z dużym prawdopodobieństwem będzie także aktywny w innych reakcjach uwodornienia. Stąd autorzy wynalazku uważają, że potencjał ich katalizatora jest znacznie większy i obejmuje także wiele innych reakcji. Aby to potwierdzić, należy przeprowadzić dalsze, pracochłonne badania.

POTENCJAŁ KOMERCJALIZACYJNY WYNALAZKU

Wiele katalizatorów wykorzystywanych w polskim przemyśle chemicznym, to katalizatory produkowane przez zagraniczne koncerny. Chronione są one patentami. Wprowadzenie na polski rynek rodzimego katalizatora przyczyni się nie tylko do spadku kosztów produkcji, ale także przyczyni się do wzrostu prestiżu Polski na arenie międzynarodowej. Uważamy, że nasz katalizator ma ogromny potencjał aplikacyjny. We współpracy z przemysłowymi ośrodkami badawczymi możliwe jest zaadoptowanie opracowanej procedury syntezy katalizatora do skali przemysłowej. Katalizator wg wynalazku może z powodzeniem zastąpić komercyjne katalizatory w wielu procesach uwodornienia.