Новости химической науки > В поисках идеального способа синтеза перекиси водорода

Исследователи разработали высокоселективный катализатор синтеза широко распространённого отбеливателя и дезинфектанта.

Пероксид водорода является знакомым для всех средством дезинфекции, который можно встретить практически в любой домашней аптечке. Еще более значительную роль H₂O₂ играет в промышленности, где это вещество используется для отбелки целлюлозы при изготовлении бумаги или в качестве окислителя для получения кислородсодержащих органических соединений, как, например, пропиленоксид. Тем не менее, до настоящего времени так и не существует идеального способа крупнотоннажного производства этого реагента.

Исследователи из Университета Осаки (Япония) сообщают, что разработали новый подход к синтезу H₂O₂, который вполне может считаться тем самым идеальным процессом, поиск которого идет уже многие годы.

В настоящее время основным подходом к промышленному синтезу перекиси водорода является антрахиноновый процесс, насчитывающий большое количество стадий, среди которых последовательное окисление, перегонка и гидрирование. Процесс требует больших затрат энергии и, следовательно, отличается значительной стоимостью. Альтернативные антрахиноновому методы, основанные, например, на катализе наночастицами, позволяют получать H₂O₂ в одну стадию, однако для них требуется комбинация газообразных H₂ и O₂, которые могут представлять опасность для крупномасштабного производства. Избежать применения молекулярного водорода удается с помощью фотокаталитической конверсии спиртов в перекись водорода, но у доступных металлооксидных катализаторов низкая селективность в образовании H₂O₂.

Нитрид углерода с графитоподобной кристаллической решеткой представляет собой селективный фотокатализатор для синтеза пероксида водорода. (Рисунок из ACS Catal. 2014, DOI: 10.1021/cs401208c)

Исследователи из группы Ясухиро Сираиси(Yasuhiro Shiraishi) обнаружили, что нитрид углерода с графитоподобной кристаллической решеткой выступает в роли фотокатализатора, позволяющего получать H₂O₂ с селективностью 90%. Катализатор, который можно получить из недорогого цианамида, представляет собой полимерный материал, состоящий из слоев конденсированных триазиновых фрагментов. При активации источником видимого света катализатор отщепляет водород от этанола, после чего связывает кислород, в результате чего образование H₂O₂при комнатной температуре.

Сираиси уверен, что дальнейшая оптимизация катализатора может способствовать тому, что в качестве источника водорода будет использоваться вода, а не этанол, а искусственный источник излучения можно будет заменить на солнечный свет, и, если этого удастся достигнуть, будет разработан не только новый экологически безопасный способ промышленного производства H₂O₂, но и появиться возможность генерации H₂O₂ in situ для реакций окисления органических веществ.

Как отмечает Грэм Хатчинс (Graham J. Hutchings) из Университета Кардиффа, в группе которого были разработаны высокоселективные металлосодержащие нанокатализаторы для получения H₂O₂, высокая селективность нового процесса представляет собой значительный шаг вперед в разработке фотокаталитических процессов синтеза пероксида водорода. Однако он подчеркивает, что пока выход H₂O₂ мал, и скорость новой реакции меньше, чем скорость реакций, основанных на применении газообразного H₂, однако, учитывая возможность дальнейшей модификации новой фотокаталитической системы, ее ждет большое будущее.

Источник: ACS Catal. 2014, DOI: 10.1021/cs401208c

метки статьи: #кинетика и катализ, #неорганическая химия, #химическая технология