szinte minden a mindennapi életben katalizátoroktól függ: autók, post-it jegyzetek, mosószer, sör. A szendvics minden része—kenyér, cheddar sajt, sült pulyka., A katalizátorok lebontják a papírpépet, hogy a sima papírt előállítsák a magazinban. Minden este megtisztítják a kontaktlencséket. A tejből joghurtot és petróleumot készítenek műanyag tejes kancsók, CD-k és biciklis sisakok formájában.
mi a katalízis?
a katalizátorok felgyorsítják a kémiai reakciót azáltal, hogy csökkentik az energia mennyiségét, amire szüksége van egy folytatáshoz. A katalízis számos ipari folyamat gerincét képezi, amelyek kémiai reakciókat alkalmaznak a nyersanyagok hasznos termékekké történő átalakítására. A katalizátorok szerves részét képezik a műanyagok és sok más gyártott termék gyártásának.
még az emberi test katalizátorokon is fut., A szervezetben sok fehérje valójában enzimeknek nevezett katalizátorok, amelyek mindent megtesznek a végtagokat mozgató jelek létrehozásától az étel emésztésének elősegítéséig. Ezek valóban alapvető része az életnek.
A kis dolgoknak nagy eredményei lehetnek.
a legtöbb esetben csak egy kis mennyiségű katalizátorra van szüksége a változáshoz. Még a katalizátor részecske mérete is megváltoztathatja a reakció menetét. Tavaly, egy Argonne csapat, beleértve anyagok tudós Larry Curtiss megállapította, hogy egy ezüst katalizátor jobb a feladata, ha ez a nanorészecskék csak néhány atom széles., (A katalizátor a propilént propilén-oxidokká alakítja, ami az első lépés a fagyálló és egyéb termékek előállításában.)
zöldebbé teheti a dolgokat.
a műanyag és más alapvető árucikkek ipari gyártási folyamatai gyakran csúnya melléktermékeket állítanak elő, amelyek veszélyt jelenthetnek az emberi egészségre és a környezetre. A jobb katalizátorok segíthetnek megoldani ezt a problémát. Például ugyanaz az ezüst katalizátor valójában kevesebb mérgező mellékterméket termel—így az egész reakció környezetbarátabb.
szívében a katalizátor az energiatakarékosság egyik módja., A katalizátorok nagyszabású alkalmazása sok energiát takaríthat meg a világnak. Az USA-ban évente felhasznált energia három százaléka az etán és a propán alkénekké történő átalakításába kerül, amelyeket többek között műanyagok előállítására használnak. Ez több mint 500 millió hordó benzinnek felel meg.
a katalizátorok a bioüzemanyagok felszabadításának kulcsa is. Minden biomassza-kukorica, kapcsoló, fák-tartalmaz egy kemény vegyületet, amelyet cellulóznak neveznek, amelyet le kell bontani az üzemanyag előállításához., A cellulóz szétesésének tökéletes katalizátorának megtalálása a bioüzemanyagokat olcsóbbá és életképesebbé tenné, mint megújuló energiaforrást.
gyakran fogalmunk sincs, miért működnek.
a katalizátorok működésének pontos okai gyakran még mindig rejtély a tudósok számára., Curtiss működik számítási katalízis: a számítógépek segítségével kezelni a bonyolult kölcsönhatása fizika, kémia, matematika, hogy elmagyarázza, hogyan működik a katalizátor.
miután kitalálták a folyamatot, a tudósok megpróbálhatnak olyan katalizátort felépíteni, amely még jobban működik, szimulálva, hogy a különböző anyagok hogyan működhetnek helyette. Az új katalizátorok lehetséges konfigurációi több ezer kombinációra futhatnak, ezért a szuperszámítógépek a legjobban kezelik őket.,
amikor Edison építette a villanykörtét, szó szerint több száz különböző szálat tesztelt (valószínűleg laboratóriumi asszisztenseinek türelmét is tesztelte), mielőtt felfedezte a karbonizált izzószálat. A szuperszámítógépek és a modern technológia kihasználásával a tudósok felgyorsíthatják a tesztelés és a költség éveit, hogy áttörést érjenek el.
Curtiss szimulációkat futtat az Argonne Kék gén / p szuperszámítógépén a lehetséges új katalizátorok megtervezéséhez. “Mivel a szuperszámítógépek gyorsabbak lettek, képesek voltunk olyan dolgokat tenni, amelyeket 10 évvel ezelőtt soha nem tudtunk volna megtenni” – mondta.,
ezek nélkülözhetetlenek lehetnek az akkumulátorok következő nagy forradalmához.
Az újonnan hatékony lítium-ion akkumulátorok segítségével a ma elérhető karcsú, elegáns mobiltelefonok és laptopok lettek a nehézkes autós telefonok. De a tudósok már keresik a következő forradalmat az akkumulátorokban—az egyik, amely egy nap egy akkumulátor fényét és elég erős ahhoz, hogy egy autó 500 mérföld egy menetben. Ígéretes ötlet a lítium-levegő akkumulátorok, amelyek elsődleges komponensként oxigént használnak a levegőből., De ehhez az új akkumulátorhoz teljesen fel kell újítani a belső kémiát, és erős új katalizátorra lesz szüksége ahhoz, hogy működjön. A lítium-levegő akkumulátor a lítium és az oxigén atomok kombinálásával működik, majd újra és újra szétszakítja őket. Ez egy katalizátorra szabott helyzet, egy jó pedig gyorsabbá tenné a reakciót, és hatékonyabbá tenné az akkumulátort.
hogyan lehet új katalizátort készíteni?
a reakciók mögötti kémia megértése az első lépés; Ezután a tudósok modellezéssel megtervezhetik a lehetséges új katalizátorokat, majd tesztelhetik őket a laboratóriumban., De ez az első lépés nehéz, hacsak nem tudsz lejutni az atomi szintre, hogy megnézze, mi történik a reakció során. Itt ragyognak olyan nagy tudományos létesítmények, mint az Argonne fejlett Fotonforrása (APS).
az APS-nél a tudósok az Egyesült Államok legfényesebb röntgensugarait használhatják a reakciók valós idejű nyomon követésére. A laboratórium elektronmikroszkópos központjában a kutatók fényképeket készítenek az atomokról, miközben reagálnak. Curtiss és a csapat mind a kettőt felhasználta a jobb katalizátorok keresésére.
Leave a Reply