Гомогенный катализ, усиленный электрохимическим восстановлением соединений благородных металлов | Поиск

Ученые в США продемонстрировали новый, более эффективный процесс переработки некоторых электролитических гомогенных катализаторов. Эта технология, которая обратимо связывает соединения металлов с полимером, позволяет извлекать несколько важных в промышленном отношении катализаторов из драгоценных металлов.

При гомогенном катализе активные центры катализатора полностью диспергированы в реакционной смеси. Это дает гомогенным катализаторам кинетическое преимущество перед гетерогенными катализаторами, поскольку они легко доступны для реагентов, и избирательное преимущество, заключающееся в том, что они могут манипулировать более сложными путями реакции. Но однородность — палка о двух концах. Чем плотнее катализатор диспергирован в смеси, тем труднее его разделить. Поскольку гомогенные катализаторы часто представляют собой комплексы драгоценных металлов, эффективное извлечение часто имеет жизненно важное значение, если реакция экономически целесообразна. Это одна из причин, почему три четверти процессов в химической и нефтехимической промышленности основаны на гетерогенных катализаторах, а не на гомогенных, несмотря на их преимущества.

Наиболее распространенным процессом регенерации гомогенных катализаторов является дистилляция, которая представляет собой энергоемкий процесс, при котором извлекается только металл, а не его связи. Поскольку химия стремится уйти от ископаемого топлива, весьма желательны электрохимические альтернативы тепловым процессам. Наиболее распространенный метод просто включает электролиз в реакционном сосуде для осаждения драгоценного металла, но для этого требуется высокое напряжение, а также могут собираться нежелательные ионы.

Сяо Су А их коллеги из Университета штата Иллинойс в Урбана-Шампейн применили более точный подход, покрыв анод своей ячейки слоем феррометаллического полимера. Когда к реакционной смеси прикладывалось умеренное напряжение, анионные катализаторы притягивались к ферроцену и селективно адсорбировались. «Сам полимер содержит органические металлические звенья, и он имеет мягкую реакцию переноса заряда со всем каталитическим комплексом… и это дает нам селективность», — объясняет Су. Одним из основных преимуществ является то, что этот процесс не разрывает связи с драгоценным металлом. «Мы не поднимаемся так высоко, чтобы металл просто выпадал в осадок», — говорит Су. При изменении потенциала катализаторы поглощались полимером и могли использоваться повторно.

Исследователи протестировали несколько промышленных катализаторов из драгоценных металлов для таких реакций, как силановый эфир, гидролиз и кросс-сочетание Сузуки, и получили многообещающие результаты. «Для реакций гидролиза мы провели технико-экономический анализ, показывающий, что это коммерчески осуществимо», — говорит Су. Теперь исследователи намерены разработать другие полимеры для селективного связывания других анионных и, возможно, катионных катализаторов из раствора. «Серебряное решение предназначено для использования гомогенных катализаторов, которые сегодня не используются в промышленности», — говорит Су.

«Я думаю, что он очень умен, — говорит он. Дэвид Коул Гамильтон Из Университета Сент-Эндрюс, Великобритания. «Что очень важно, так это то, что они выбрали промышленные катализаторы… если вы можете переработать их в качестве катализатора, а не переработать в металл, как это обычно происходит, это прогресс, при условии, что стоимость процесса реэкстракции конкурентоспособна. ” Тем не менее, предупреждает он, «большинство стимулов, с которыми я работал, нейтральны, и они не будут избирательно удалены таким образом, поэтому я думаю, что это большой шаг вперед, но не панацея».