FKKT

Uvod

Projekt obravnava razvoj mikroreaktorske tehnologije za proizvodnjo čistega, »zelenega« vodikovega peroksida z vključitvijo naprednih katalizatorjev, elektrokemije in analitskih metod.

Vodikov peroksid predstavlja enega izmed ikoničnih primerov kemijske vseprisotnosti; je visoko učinkovit in zelen oksidant z najvišjo vsebnostjo aktivnega kisika (47,1% w/w) in vodo kot edinim stranskim produktom. Pomen H₂O₂ kot dragocenega, okolju prijaznega oksidacijskega sredstva se kaže v izjemno raznolikem obsegu njegove uporabe; od dezinfekcijskega sredstva, belila za celulozo in tekstil, pri čiščenju odpadnih vod, v številnih kemijskih sintezah, pri čiščenju polprevodnikov, kot dodatek detergentom, ter za čiščenje izpustnega zraka. Povpraševanje po tej surovini se je močno povečalo, saj letna proizvodnja vodikovega peroksida presega 6 milijonov ton. Več kot 95% vse industrijske proizvodnje sloni na postopku oksidacije antrakinona, kar pa je povezano z veliko porabo energije in škodljivimi vplivi na okolje. Postopek je sestavljen iz zaporednih korakov hidrogeniranja in oksidacije v organskem topilu, čemur sledi ekstrakcija in destilacija. Glavni pomanjkljivosti tega postopka sta velika in energijsko potratna infrastruktura ter saržni način proizvodnje. Obsežna, centralizirana proizvodnja povzroča dodatne varnostne težave pri logistiki, rokovanju in skladiščenju H2O2.

Predlagan projekt temelji na selektivni redukciji kisika v elektrokemijski mikrocelici in zasleduje splošen trend decentralizirane priprave industrijskih kemikalij, ki bo močno vplival na kemijsko industrijo v prihodnosti.

Projekt vodijo raziskovalci Fakultete za kemijo in kemijsko tehnologijo (I. Plazl, B. Genorio in J. Cerkovnik) v sodelovanju s Kemijskim inštitutom in Inštitutom Jožef Stefan ter s sodelovanjem in sofinanciranjem Belinke Perkemija d.o.o

Slika  1. Grafični povzetek projekta.

 

Cilji

Projekt sledi naslednjim ključnim ciljem:

1. Priprava, karakterizacija in testiranje ogljikovih in grafenskih (ter tudi nekaterih drugih) materialov z dopiranim ogljikom, kot obetavnih in poceni dvoelektronskih katalizatorjev za katodno redukcijo kisika z visoko elektrokatalitično aktivnostjo.
2. Razvoj elektrokemične celice, narejene med dvema vzporednima ploščama, prevlečenima s katalizatorjem.
3. Zasnova pretočnega mikroreaktorja na osnovi modeliranja in optimizacija ter razširitev do reaktorja na makroskopski, industrijski ravni.
4. Razvoj učinkovite analize H2O2 in njegove stabilizacije.

Faze projekta

V predlaganem projektu načrtujemo razvoj popolnoma nove metode za proizvodnjo zelo čistega vodikovega peroksida (H2O2) v pretočnem mikroreaktorju z vključitvijo in razvojem najsodobnejših spoznanj na področju naprednih elektrokatalizatorjev, mikroreaktorske tehnologije, elektrokemije in analitike. Posamezne faze projekte bodo sledile zastavljenim ciljem: (i) priprava, karakterizacija in testiranje novih ogljikovih in grafenskih materialov kot katalizatorjev za katodno redukcijo kisika z visoko elektrokatalitično aktivnostjo, (ii) razvoj elektrokemične pretočne celice (mikroreaktorja), (iii) razvoj učinkovitih analiznih metod za H2O2 in novih stabilizatorjev, ter (iv) prenos mikroreaktorske tehnologije v industrijsko okolje.

Reference

F. Strniša, T. V. Sagar, P. Djinović, A. Pintar, I. Plazl. Ni-containing CeO2 rods for dry reforming of methane: activity tests and a multiscale lattice Boltzmann model analysis in two model geometries. Chem. Eng. J., 2021, vol. 413, pp. 1-13.