การใช้ถ่านกัมมันต์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะที่มีค่า

Howard Wisniowski, Yong Zhang

Cabot Norit Activated Carbon, Cabot Corporation

กระบวนการทางเคมีส่วนใหญ่ต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาทำให้มีความสำคัญต่ออุตสาหกรรมยาและเคมีที่ดี ถ่านกัมมันต์เป็นวัสดุที่มีคุณลักษณะที่จำเป็นทั้งหมดที่จะใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา เมื่อเทียบกับผู้ให้บริการรายอื่นเช่นซิลิกาหรืออลูมินาคาร์บอนที่เปิดใช้งานจะให้:

• พื้นที่ผิวภายในมากขึ้นเพื่อให้มีอัตราการเกิดปฏิกิริยาที่สูงขึ้น (ดังแสดงใน รูปที่ 1) และต้นทุนต่อลูกบาศก์เมตรที่ต่ำลง
• ความเฉื่อยมีเสถียรภาพในสภาวะที่รุนแรงเช่นสารละลายที่เป็นกรดและด่าง
• ลดการรบกวนด้วยการเลือกตัวเร่งปฏิกิริยาหรือกิจกรรมเนื่องจากความสนใจของคาร์บอนในปฏิกิริยาส่วนใหญ่
• มีให้เลือกทั้งแบบผงเม็ดและแบบอัด
• กู้คืนโลหะมีค่าได้ง่าย

รูปที่ 1 การเปรียบเทียบวัสดุตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะมีค่าเชิงพาณิชย์^{ที่แตกต่างกัน 1}

ผู้ให้บริการตัวเร่งปฏิกิริยาคาร์บอน Cabot Norit มีความสม่ำเสมอความบริสุทธิ์สูงการเกิดการตายตัวต่ำและเคมีพื้นผิวที่ไม่ซ้ำกัน ผลิตภัณฑ์เหล่านี้มีอยู่ในการกระจายขนาดรูพรุนต่างๆส่งผลให้การกระจายตัวของตัวเร่งปฏิกิริยาที่ดีเยี่ยมเหนือพื้นผิวคาร์บอน

 

What is Activated Carbon

ถ่านกัมมันต์เป็นวัสดุดูดซับพื้นผิวที่มีรูพรุนสูงและมีโครงสร้างอสัณฐานส่วนใหญ่ มันประกอบด้วยหลักของการกำหนดค่ากลิ่นหอมของอะตอมคาร์บอนเข้าร่วมโดยการเชื่อมโยงข้ามแบบสุ่ม ถ่านกัมมันต์แตกต่างจากคาร์บอนอีกรูปแบบหนึ่งกราไฟท์ในถ่านกัมมันต์นั้นมีแผ่นหรือกลุ่มอะตอมที่ซ้อนกันไม่สม่ำเสมอในลักษณะที่ไม่เป็นระเบียบ ระดับการสั่งซื้อจะแตกต่างกันไปตามวัตถุดิบเริ่มต้นและประวัติความร้อน เกล็ดเกล็ดเลือดในถ่านหินที่ใช้ไอน้ำจะค่อนข้างสั่งซื้อในขณะที่โครงสร้างอะโรมาติกที่ไม่มีรูปร่างมากขึ้นจะพบได้ในไม้ที่ใช้สารเคมี

การเชื่อมแบบสุ่มสร้างโครงสร้างที่มีรูพรุนสูงพร้อมรอยแตกรอยแยกและช่องว่างระหว่างชั้นคาร์บอน ขนาดโมเลกุลความพรุนและพื้นที่ผิวภายในขนาดใหญ่ของถ่านกัมมันต์ทำให้วัสดุนี้มีประสิทธิภาพมากสำหรับการดูดซับสิ่งสกปรกที่หลากหลายจากของเหลวและก๊าซ เพื่อให้มุมมองบางอย่างสำหรับพื้นที่ผิวภายในของถ่านกัมมันต์การผลิตถ่านกัมมันต์ประจำปีของ Cabot Norit มีพื้นที่ผิวดินเกือบเท่ากับพื้นที่ทั้งหมดบนโลก (148 ล้าน km²) รูปที่  2 แสดงกราฟขนาดเล็กสองตัวของโครงสร้างภายในของถ่านกัมมันต์ที่ใช้ไอน้ำ

รูปที่ 2 ภาพเหล่านี้จากไมโครสโคปฮีเลียมไอออนแสดงโครงสร้างรูพรุนของถ่านกัมมันต์ที่ใช้ลิกไนต์

ตัวดูดซับคาร์บอนที่เปิดใช้งานถูกออกแบบมาสำหรับการใช้งานเฉพาะส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับขนาดรูพรุนและความต้องการปริมาณรูพรุน ความพรุนและพารามิเตอร์อื่นๆจะถูกควบคุมโดยการเลือกวัตถุดิบเงื่อนไขกระบวนการเปิดใช้งานและขั้นตอนหลังการประมวลผล ขึ้นอยู่กับการประยุกต์ใช้ถ่านกัมมันต์อาจอยู่ในรูปของผง (PAC) เม็ด (GAC) หรือ extrudate (EAC) ทั้งสามรูปแบบมีอยู่ในช่วงของขนาดอนุภาค (รูปที่ 3)

รูปที่ 3 รูปแบบของถ่านกัมมันต์

ถ่านกัมมันต์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา

กระบวนการทางเคมีหลายอย่างในปัจจุบันจำเป็นต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ได้รับการสนับสนุนจากผู้ให้บริการ พื้นที่ผิวภายในที่กว้างขึ้นความเฉื่อยและความคล่องตัวสูงทำให้คาร์บอนที่เปิดใช้งานของเราได้รับการสนับสนุนที่ดีที่สุดในการใช้งานจำนวนมากรวมถึง:

• ตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะมีค่า (เช่น Au, Pt, PD, IR, Ru, RH, ฯลฯ)
• ตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะพื้นฐาน (เช่น Ni, Co, Cu, Zn, Fe)

การสนับสนุนตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะมีค่าสำหรับการสังเคราะห์ยาและสารเคมีที่ดี

บริษัทยาและเคมีที่ดีส่วนใหญ่ต้องการตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับการสังเคราะห์สารเคมี ผลิตภัณฑ์ถ่านกัมมันต์ Cabot Norit มีบทบาทสำคัญในฐานะผู้ให้บริการสำหรับโลหะมีค่าในการใช้งานเหล่านี้นำเสนอข้อกำหนดผลิตภัณฑ์ที่เข้มงวดเพิ่มประสิทธิภาพของกระบวนการทำให้ตัวเร่งปฏิกิริยามีประสิทธิภาพและลดเวลาในการทดสอบและกระบวนการที่มีค่า

 

การใช้งานปฏิกิริยาเคมีทั่วไป

• ไฮโดรเจนเนชัน (โครงการ 1)
• Hydrodehalogenation (โครงการ 2)
• ลด alkylation/amination (โครงการ 3)
• คาร์บอน - ออกซิเจน/ไนโตรเจนแยกตัว
• การลดคาร์บอน
• ไม่สมส่วน
• dehydrogenation
• dehydrohalogenation
• debenzylation (โครงการ 4)
• ออกซิเดชัน (โครงการ 5)
• Hydroxylamine synthesis
• การเร่งปฏิกิริยาด้วยไฟฟ้า

แผนที่ 1²

แผนที่ 4⁵

แผนที่ 2³

แผนที่ 5 ⁶

แผนที่ 3⁴

การเลือกถ่านกัมมันต์ที่เหมาะสม

เนื่องจากความต้องการประสิทธิภาพสูงในกระบวนการทางเทคนิคที่ซับซ้อนจึงเลือกใช้เฉพาะคาร์บอนที่มีคุณภาพสูงสุดสำหรับการใช้งานตัวเร่งปฏิกิริยา ผลิตภัณฑ์ถ่านกัมมันต์ Cabot Norit ตอบสนองความต้องการเหล่านี้โดยให้ความบริสุทธิ์ที่ดีที่สุดปริมาณรูขุมขนรูปแบบความแข็งและการทำงานของพื้นผิวที่จำเป็นทำให้พวกเขาเป็นทางเลือกที่เหมาะสำหรับการใช้งานตัวเร่งปฏิกิริยา รูปที่  4 สรุปคุณสมบัติของวัสดุถ่านกัมมันต์ของเราที่ใช้สำหรับการใช้งานตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะที่มีค่า

 

ความต้องการประสิทธิภาพการทำงานของผงถ่านกัมมันต์

จลนศาสตร์และความสามารถใน

การกรองสามารถทำได้โดยการควบคุมการกระจายขนาดอนุภาค การกระจายขนาดอนุภาคที่กว้างขึ้นช่วยให้จลนศาสตร์ที่ดีขึ้นระหว่างสารลดแรงตึงผิวและตัวเร่งปฏิกิริยาที่แท้จริง ขนาดอนุภาคที่แคบจะให้การกรองที่รวดเร็วแต่เสียสละคุณสมบัติการระงับ

กิจกรรมตัวเร่งปฏิกิริยาที่ดีที่สุด

mesoporosity ที่สูงขึ้นจะให้ประโยชน์ในแง่ของพื้นที่ผิวที่มีอยู่สำหรับการกระจายตัวเร่งปฏิกิริยาการขนส่งที่เร็วขึ้นของสารตั้งต้นในและนอกรูขุมขนและการดูดซับในที่สุดของผลพลอยได้ที่ไม่พึงประสงค์

การลดปฏิกิริยาด้านข้าง

ความบริสุทธิ์สูงของถ่านกัมมันต์เป็นสิ่งจำเป็นเพื่อป้องกันปฏิกิริยาด้านข้างหรือการเป็นพิษของตัวเร่งปฏิกิริยา

 

ความต้องการประสิทธิภาพการทำงานของคาร์บอนที่อัดขึ้นรูป

ลดการสูญเสียโลหะ

A high crushing strength is required to prevent collapse of the carbon bed. ความแข็งสูงส่งผลให้เกิดการขัดถูต่ำเพื่อหลีกเลี่ยงตัวเร่งปฏิกิริยาเป็นค่าปรับเพื่อลดการสูญเสียของโลหะมีค่าของคุณ

อายุการใช้งานยาวนานขึ้นและให้ผลผลิตสูงขึ้น

การเอาชนะพิษของตัวเร่งปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นจริงได้อย่างมีประสิทธิภาพจะช่วยยืดอายุการใช้งานของตัวเร่งปฏิกิริยา

Higher activity

ซึ่งทำได้โดยพื้นที่ผิวที่ใหญ่กว่าของคาร์บอนที่มีความพรุนสูงกว่า ในสถานการณ์นี้ตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะ " เปลือกไข่ " ส่วนใหญ่จะกระจายอยู่ที่ด้านนอกของอนุภาคคาร์บอน

ข้อมูลอ้างอิง

1. McNair R. 2018. Heterogeneous catalyst design, preparation and applications. The 27th Biennial ORCS Meeting; San Diego

2. Ágai B, Proszenyák Á, Tárkányi G, Vida L, Faigl F. 2004. Convenient, Benign and Scalable Synthesis of 2- and 4-Substituted Benzylpiperidines. Eur. J. Org. Chem.. 2004(17):3623-3632. https://doi.org/10.1002/ejoc.200400215

3. Ramanathan A. et al, 2010. Synthesis, 2, 217.

4. Duarte F. et al. OPIOID AGONISTS AND USES THEREOF WO 2015/79459 A1.

5. Auer E, Freund A, Pietsch J, Tacke T. 1998. Carbons as supports for industrial precious metal catalysts. Applied Catalysis A: General. 173(2):259-271. https://doi.org/10.1016/s0926-860x(98)00184-7

6. Mallat T, Baiker A. 2004. Oxidation of Alcohols with Molecular Oxygen on Solid Catalysts. Chem. Rev.. 104(6):3037-3058. https://doi.org/10.1021/cr0200116