Amfifil kotérháló alapú nanoezüst katalizátor rendszerek fejlesztése
Mind a gyógyszeripar, mind a szennyvíztisztítás során elengedhetetlen a redukciós reakciók alkalmazása. Ehhez azonban olyan katalizátorok szükségesek amik kellően nagy aktivitással rendelkeznek és sokszor újrahasználhatóak. A jelenlegi gyógyszeripari szervetlen hordozós katalizátorok ez utóbbi feltételt nem teljesítik: a bennük található nehézfém (például palládium) a reakció során a reakcióelegybe kerül, így beszennyezi azt.[1] A katalizátor visszanyerése és a termék tisztítása csak sok idő- és energiaráfordítással lehetséges. Célszerű ezért egy olyan hordozó kifejlesztése, ami a fémrészecskéket megköti, de ezzel egyidejűleg lehetővé teszi az érintkezést a reakció közeggel.
Kutatómunkám során olyan amfifil polimer kotérhálókat állítottam elő, melyben a hidrofil monomer az N,N-dimetilakrilamid (DMAAm), a hidrofób monomer pedig a poliizobutilén-dimetakrilát (PIB-MA) volt. A rendszer, a PDMAAm-l-PIB így amfifil tulajdonságú: poláris és apoláris oldószerekben is duzzad. Poliizobutilénre nézve körülbelül 40, 50, 60 és 70 w% összetételű géleket állítottam elő.
A gélek hidrofil fázisát egy napon keresztül 0,6 mol/dm3 koncentrációjú ezüst-nitrát oldatban duzzasztottam, majd tiszta dimetil-formamiddal az ezüst ionokat in situ fémezüstté redukáltam, a kotérháló mátrixot mintegy nanoreaktorként felhasználva. Mivel a gél fázisai nanoméretűek, és ezüst ionok csak az egyik fázisban voltak jelen, így a képződött ezüst részecskék is nanométeres tartományba esnek. Az így elkészített katalizátor rendszerek aktivitását egy modell reakcióban vizsgáltam - ez a reakció a nitrofenol katalitikus redukciója nátrium-borohidriddel. A reakció lefutását UV-VIS spektroszkópiával valós időben követtem.
A katalitikus aktivitásra számos faktor hatással van, én az alábbiakat vizsgáltam: a kotérhálók összetétele; az ezüst-nitrátos duzzasztás után mosás, szárítás; argon atmoszféra biztosítása; alkalmazott NaBH4 felesleg. A reakció során kioldódott ezüst mennyiségét ICP-OES mérésekkel ellenőriztem. Az így előállított katalizátor rendszerek a megfelelő körülmények között kielégítő aktivitással rendelkeztek, fél óra alatt teljes egészében elbontották a nitrofenolt. A kioldódott ezüst mennyisége ppm tartományba esik.
[1] Yin and Jürgen Liebscher: Carbon−Carbon Coupling Reactions Catalyzed by Heterogeneous Palladium Catalysts (Chem. Rev. 2007, 107, 1, 133-173)
szerző
-
Kalocsai Dániel
Műanyag- és száltechnológiai mérnöki mesterképzési szak, nappali MSc
mesterképzés (MA/MSc)
konzulens
-
Dr. Iván Béla
kutatóprofesszor, Természettudományi Kutatóközpont (külső)