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Peroxyde d'hydrogène (H 2 O 2 ) est un puissant, oxydant industriel respectueux de l'environnement, qui (contrairement à d'autres agents oxydants courants) ne produit que de l'eau comme sous-produit. H 2 O 2 est principalement utilisé pour blanchir le papier et les textiles, et en synthèse chimique, et est de plus en plus utilisé pour traiter les déchets industriels de préférence aux oxydants contenant du chlorure. Demande mondiale de H 2 O 2 devrait dépasser les 5,5 millions de tonnes d'ici 2020, avec une augmentation de la demande de 4 % par an. L'augmentation de la demande provient principalement de l'industrie de la synthèse chimique, avec H 2 O 2 utilisé dans la production d'oxyde de propylène et d'oxime de cyclohexanone, intermédiaires clés pour la production de polymères.
À l'heure actuelle, le peroxyde d'hydrogène est presque entièrement produit par le procédé d'oxydation de l'anthraquinone (AO), développé par BASF en 1939. Le procédé AO est extrêmement efficace, mais c'est aussi un procédé complexe nécessitant une exploitation à très grande échelle, ce qui empêche H 2 O 2 d'être produit au point d'utilisation. Il est également instable à des températures relativement douces, et nécessite l'utilisation d'agents stabilisants acides pour l'empêcher de se décomposer en eau. L'utilisation de ces agents acides peut provoquer une corrosion dans les réacteurs, et entraîne des coûts importants pour l'utilisation, qui doivent les supprimer de leurs flux de produits.
Le professeur Graham Hutchings de l'Université de Cardiff et son équipe de concepteurs de catalyseurs ont étudié des méthodes pour synthétiser directement H 2 O 2 à partir d'hydrogène et d'oxygène, fournir un processus plus vert pour H 2 O 2 génération qui peut être adoptée au point d'utilisation. Ayant précédemment démontré une amélioration de la sélectivité catalytique vers la synthèse directe de H 2 O 2 avec addition de platine (Pt) à un catalyseur bimétallique or-palladium (AuPd) supporté sur du dioxyde de cérium et du dioxyde de titane, dans ce travail, ils ont étudié l'utilisation d'un silicate de titane zéotype commercial (TS-1) comme support pour les catalyseurs de nanoparticules AuPdPt pour H direct 2 O 2 synthèse, en collaboration avec un partenaire industriel. L'analyse à l'ePSIC a montré que le rapport Au:Pd change en fonction de la taille des nanoparticules, avec quelques petits ne contenant que du palladium.
La morphologie des nanoparticules
Le professeur Hutchings dit :« Nous sommes spécialisés dans les « réactions raisonnablement difficiles », ' et l'accès à ePSIC est la clé de notre travail. Nous réservons du temps par blocs de trois jours - dans ce cas sur le microscope E01-JEM ARM 200CF - pour effectuer la microscopie électronique à transmission à balayage (STEM) et la spectroscopie à dispersion d'énergie des rayons X (X-EDS). Les membres de notre équipe sont formés à l'utilisation du microscope et au traitement des données, et être capable de regarder la morphologie des nanoparticules, et faire une analyse élémentaire, est extrêmement précieux."
L'équipe a pu démontrer l'efficacité des catalyseurs AuPd et AuPdPt pris en charge par TS-1 pour la synthèse directe de H 2 O 2 , et établi un procédé pour conférer une stabilité au catalyseur via un traitement thermique approprié tout en maintenant la structure MFI du zéotype. Ils ont montré que, par l'introduction de faibles concentrations de platine dans un catalyseur AuPd/TS-1 supporté, il est possible d'améliorer significativement la sélectivité catalytique vis-à-vis de H 2 O 2 , améliorant les rendements globaux et représentant un système prometteur pour explorer la synthèse directe de H 2 O 2 . Ce fut la première étape d'un projet visant à développer une procédure pour synthétiser H 2 O 2 in situ, puis l'utiliser dans des réactions chimiques. Les travaux sont terminés, et d'autres articles seront publiés en temps voulu.
