Reklam
Teknoloji Haberleri

Kataliz Hakkında Bilmediğiniz 7 Şey

reklam
Reklam


Katalizör Hesaplamalı Modelleme

Hesaplamalı modelleme, oksijen atomları (kırmızı) ve hidrojen atomları (beyaz) ile etkileşime giren bu platin katalizör modeli gibi hem daha iyi katalizörler hem de güzel görüntüler için beklentiler üretir. Kredi: Görüntü Rees Rankin, Nano Ölçekli Malzemeler Merkezi.

reklam

Katalizörler, belki lise kimyasının ötesinde, çok az insanın üzerinde çok düşündüğü şeylerden biridir, ancak dünyayı harekete geçirirler. Katalizörler etrafımızdadır.

Günlük yaşamınızdaki hemen hemen her şey katalizörlere bağlıdır: arabalar, Post-It notları, çamaşır deterjanı, bira. Sandviçinizin tüm parçaları – ekmek, çedar peyniri, hindi kızartma. Katalizörler, derginizdeki pürüzsüz kağıdı üretmek için kağıt hamurunu parçalar. Kontakt lenslerinizi her gece temizlerler. Sütü yoğurda, petrolü plastik süt sürahilerine, CD’lere ve bisiklet kasklarına dönüştürüyorlar.

reklam

kataliz nedir?

Katalizörler, harekete geçmek için ihtiyacınız olan enerji miktarını azaltarak kimyasal reaksiyonu hızlandırır. Kataliz, hammaddeleri faydalı ürünlere dönüştürmek için kimyasal reaksiyonlar kullanan birçok endüstriyel işlemin bel kemiğidir. Katalizörler, plastiklerin ve diğer birçok imal edilmiş ürünün yapımında ayrılmazdır.

İnsan vücudu bile katalizörlerle çalışır. Vücudunuzdaki birçok protein aslında enzimler adı verilen ve uzuvlarınızı hareket ettiren sinyaller oluşturmaktan yemeğinizi sindirmeye yardımcı olmaya kadar her şeyi yapan katalizörlerdir. Onlar gerçekten yaşamın temel bir parçasıdır.

Jeff Greeley, Stefan Vajda ve Larry Curtiss

Argonne bilim adamları Jeff Greeley, Stefan Vajda ve Larry Curtiss (soldan sağa), üretim süreçlerindeki zararlı yan ürünleri azaltan bunun gibi yeni katalizörler yaratmaya çalışıyorlar.

Küçük şeyler büyük sonuçlar doğurabilir.

Çoğu durumda, bir fark yaratmak için çok az miktarda bir katalizöre ihtiyacınız vardır. Katalizör partikülünün boyutu bile reaksiyonun çalışma şeklini değiştirebilir. Geçen yıl, malzeme bilimcisi Larry Curtiss’in de dahil olduğu bir Argonne ekibi, sadece birkaç atom genişliğinde nanoparçacıklarda bir gümüş katalizörün görevinde daha iyi olduğunu buldu. (Katalizör, propileni, antifriz ve diğer ürünlerin yapımında ilk adım olan propilen oksitlere dönüştürür.)

İşleri daha yeşil hale getirebilir.

Plastik ve diğer temel öğeler için endüstriyel üretim süreçleri, genellikle insan sağlığı ve çevre için tehlike oluşturabilecek kötü yan ürünler üretir. Daha iyi katalizörler bu sorunun çözülmesine yardımcı olabilir. Örneğin, aynı gümüş katalizör aslında daha az toksik yan ürün üretir ve bu da tüm reaksiyonu daha çevre dostu hale getirir.

Kalbinde bir katalizör, enerji tasarrufu yapmanın bir yoludur. Ve katalizörleri büyük ölçekte uygulamak dünyayı bir çok enerjinin. ABD’de her yıl kullanılan tüm enerjinin yüzde üçü, etan ve propanın diğer şeylerin yanı sıra plastik yapımında kullanılan alkenlere dönüştürülmesine gidiyor. Bu, 500 milyon varil benzine eşdeğer.

Katalizörler ayrıca biyoyakıtların kilidini açmanın anahtarıdır. Tüm biyokütle (mısır, dallı ot, ağaçlar) yakıt yapmak için parçalanması gereken selüloz adı verilen sert bir bileşik içerir. Selülozu parçalamak için mükemmel katalizörü bulmak, biyoyakıtları yenilenebilir bir enerji kaynağı olarak daha ucuz ve daha uygulanabilir hale getirecektir.

Çoğu zaman, neden çalıştıkları hakkında hiçbir fikrimiz yok.

Katalizörlerin çalışmasının kesin nedenleri, bilim adamları için genellikle hala bir gizemdir. Curtiss, hesaplamalı katalizde çalışıyor: bir katalizörün nasıl çalıştığını açıklayan karmaşık fizik, kimya ve matematik etkileşiminin üstesinden gelmek için bilgisayarları kullanmak.

Bilim adamları, süreci çözdüklerinde, bunun yerine farklı malzemelerin nasıl çalışabileceğini simüle ederek daha da iyi çalışan bir katalizör oluşturmaya çalışabilirler. Yeni katalizörler için potansiyel konfigürasyonlar binlerce kombinasyona kadar gidebilir, bu yüzden süper bilgisayarlar onlarla başa çıkmakta en iyisidir.

Edison ampulü inşa ederken, karbonize filamanı keşfetmeden önce kelimenin tam anlamıyla yüzlerce farklı filamanı test etti (muhtemelen laboratuvar asistanlarının sabrını da test etti). Bilim adamları, süper bilgisayarlardan ve modern teknolojiden yararlanarak, atılımlara ulaşmak için yıllarca süren test ve harcamaları hızlandırabilirler.

Curtiss, olası yeni katalizörleri tasarlamak için Argonne’nin Blue Gene/P süper bilgisayarında simülasyonlar çalıştırıyor. “Süper bilgisayarlar hızlandıkça, 10 yıl önce asla yapamadığımız şeyleri yapabildik” dedi.

Pillerde bir sonraki büyük devrim için gerekli olabilirler.

Yeni verimli lityum iyon piller, hantal araç telefonlarını günümüzde mevcut olan ince, zarif cep telefonlarına ve dizüstü bilgisayarlara dönüştürmeye yardımcı oldu. Ancak bilim adamları şimdiden pillerde bir sonraki devrimi arıyorlar – bir gün bir pili hafif ve hareket halindeyken bir arabayı 500 mil götürecek kadar güçlü hale getirebilecek bir devrim. Umut verici bir fikir lityum-hava birincil bileşen olarak havadaki oksijeni kullanan piller. Ancak bu yeni pil, iç kimyanın tamamen yenilenmesini gerektirecek ve çalışması için güçlü yeni bir katalizöre ihtiyacı olacak. Bir lityum-hava pili, lityum ve oksijen atomlarını birleştirerek ve sonra onları defalarca parçalayarak çalışır. Bu, bir katalizör için özel olarak hazırlanmış bir durumdur ve iyi bir durum, reaksiyonu hızlandıracak ve pili daha verimli hale getirecektir.

Yeni bir katalizör nasıl yapılır?

Reaksiyonların arkasındaki kimyayı anlamak ilk adımdır; daha sonra bilim adamları, potansiyel yeni katalizörler tasarlamak için modellemeyi kullanabilir ve bunları laboratuvarda test ettirebilir. Ancak, bir reaksiyon sırasında neler olduğunu görmek için atomik seviyeye inmedikçe bu ilk adım zordur. Argonne’nin Gelişmiş Foton Kaynağı (APS) gibi büyük bilimsel tesislerin parladığı yer burasıdır.

APS’de bilim adamları, reaksiyonları gerçek zamanlı olarak izlemek için Amerika Birleşik Devletleri’ndeki en parlak X-ışınlarını kullanabilirler. Laboratuarın Elektron Mikroskopisi Merkezinde araştırmacılar, tepkimeye giren atomların fotoğraflarını çekiyor. Curtiss ve ekibi, daha iyi katalizör arayışlarında her ikisini de kullandı.




scitechdaily.com

Source link

reklam
reklamm

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

reklam
Başa dön tuşu

Reklam Engelleyici Algılandı

Lütfen Reklam Engelleyiciyi Kapatınız