Katalysatoren zijn belangrijke hulpstoffen die worden gebruikt om de materiaal- en energie-efficiëntie van chemische reacties en processen te verhogen. Hoewel katalysatoren een cyclische levensloop hebben, waarbij ze steeds opnieuw actief worden, deactiveren ze na verloop van tijd. Onderzoekers van de Universiteit Utrecht en de Universiteit Twente hebben een krachtig analytisch instrument ontwikkeld dat dode katalysatordeeltjes markeert, waardoor ze fysiek uit een stroom katalysatordeeltjes verwijderd kunnen worden. De resultaten verschijnen vandaag in Nature Catalysis.
De onderzoekers leggen uit: “Omdat het deactiveren van katalysatordeeltjes een heterogeen proces is, is het selecteren van dode katalysatordeeltjes in een groot volume een beetje als zoeken naar naalden in een hooiberg.” Als gedeactiveerde deeltjes uitgefilterd worden, blijft er alleen actief katalysatormateriaal over, wat zorgt voor schonere en efficiëntere chemische reacties en processen.
Het onderzoek was een gezamenlijk project van promovendi Anne-Eva Nieuwelink (Universiteit Utrecht) en Jeroen Vollenbroek (Universiteit Twente), onder begeleiding van prof. Bert Weckhuysen (Universiteit Utrecht) en onderzoekers van het MESA+ Instituut van de Universiteit Twente, waaronder prof. Mathieu Odijk en prof. Albert van den Berg. Het project is onderdeel van het NWO-Zwaartekrachtprogramma MCEC.
Fluorescerend
De onderzoekers ontwierpen een nieuwe methode om de katalysatordeeltjes die nog actief zijn te markeren, door ze te kleuren met styreen-derivaten. De moleculen worden fluorescerend wanneer ze reageren met een katalysatordeeltje. Dat betekent dat actieve deeltjes oplichten en dode deeltjes niet. Het mengsel wordt vervolgens door een druppel-microreactor gevoerd, waar de deeltjes met behulp van een elektrostatisch veld in slechts 200 milliseconden worden gesorteerd in gekleurde en niet-gekleurde deeltjes.
Om de nauwkeurigheid van deze sorteertechniek te controleren, analyseerden de onderzoekers de gesorteerde deeltjes met behulp van micro-X-Ray-fluorescentie en fluorescentiemicroscopie, wat bevestigde dat de techniek goed werkt. Afhankelijk van het specifieke molecuul dat gebruikt werd, rapporteren de onderzoekers een nauwkeurigheid van 92-100% in het selecteren van actieve deeltjes.
