Золото как катализатор золота

В этом году таблице химических элементов Менделеева исполнилось ни много ни мало 150 лет. Этот юбилей, помимо всего прочего — еще и прекрасный повод поговорить об известных всем материалах, сфера использования которых в последнее время вышла далеко за рамки традиционной.

Одним из таких элементов является и очень ценный вид металла — золото. Этот благородный материал, как известно, является химически инертным. И еще несколько десятилетий назад казалось, что единственной сферой использования золота человеком может быть изготовление ювелирных изделий.

Однако, несмотря на инертность золота, в последние годы ученые начали достаточно широко применять его в разного рода инновационных разработках в качестве именно химического элемента.

Длинная история золота

Откуда в русском языке взялось собственно само слово «золото», лингвистам доподлинно, к сожалению, неизвестно. Однако некоторые историки предполагают, что название этого благородного металла представляет собой просто видоизмененное на протяжении веков слово «желтый».

Палладий из Катализатора…Да за..просто!!!

Косвенно это подтверждает и то, что именно такое происхождение имеет и химическое название благородного метала «Au». С латинского aurum переводится именно как «желтый».

Известно золото людям очень давно. По мнению ученых, использовался этот металл еще древними египтянами за 3000 лет до наступления нашей эры. Чаще всего на протяжении веков золото применялось людьми именно для изготовления ювелирных изделий. Помимо этого, из него во многих странах в древности часто чеканили монеты.

Как удалось выяснить историкам, довольно широко золото использовалось когда-то и в искусстве. К примеру, художники применяли этот металл для изготовления пурпурного и рубинового пигментов. Также золото достаточно часто использовалось и в качестве напылителя при производстве предметов декора.

В каких странах добывают больше всего золота

Основным поставщиком в мире этого металла до недавнего времени была Южная Африка. Однако в конце прошлого века запасы золота в этой части планеты начали иссякать.

На настоящий момент основными странами, занимающимися добычей и экспортом этого металла, являются Китай, Австралия и Россия. В общей сложности эти государства сегодня поставляют на мировой рынок порядка 1000 тонн золота в год.

Изготовление медицинских препаратов

И в наши дни золото широко используется для производства украшений, в искусстве, а иногда даже для печати монет. Однако в последние годы этот благородный металл начал применяться и в совершенно нехарактерных раннее для него областях.

К примеру, достаточно востребованным золото сегодня является в ядерной медицине. С использованием этого металла специалисты разрабатывают и изготавливают препараты, предназначенные для лечения в основном ревматоидного артрита.

Драгметаллы из автокатализаторов. Часть первая

Для того чтобы помочь людям с таким заболеванием, врачи могут использовать две основных разновидности золотосодержащих лекарств. Чаще всего для лечения артрита медики применяют инъекционные растворы на основе Au, содержащие дополнительно молекулы серы. Неплохо больным могут помогать, к примеру, такие золотосодержащие лекарства, как «Солганол», «Миокризин», «Аллокризин».

Также для лечения артрита в наши дни врачи могут использовать препарат на основе Au «Ауранофин». Это лекарство предназначается для перорального приема. Выпускается оно в виде обычных таблеток, упакованных в традиционные блистеры.

Использование в нанотехнологиях

Наноматериалы сегодня являются очень перспективной группой и применяться могут в самых разных отраслях науки и промышленности. Относят к этой категории относятся материалы, размер частиц которых в любом из трех измерений не превышает 100 нанометров. Одним из безусловных преимуществ наноматериалов является то, что изготавливаться они могут практически из любых имеющихся в природе веществ.

Не является в этом плане исключением, конечно же, и золото. Микрочастицы этого материала, имеющие красный цвет (недаром золото когда-то использовалось для изготовления пурпурной краски), применяются учеными в нанотехнологиях сегодня достаточно широко.

Очень перспективными на настоящий момент в плане применения нанозолота являются такие современные отрасли науки, как биомедицина и оптико-электроника.

Каталитические реакции

Помимо всего прочего, ученым не так давно удалось выявить и тот факт, что наночастицы золота могут быть очень неплохими катализаторами. То есть являются очень перспективным материалом, способным ускорять разного рода химические реакции.

Используются каталитические процессы сегодня при изготовлении самых разных изделий, широко применяемых как в быту, так и в промышленности или науке. К примеру, реакции этого типа являются одним из этапов изготовления антифриза. Эта незамерзающая жидкость сегодня используется как для обслуживания автомобилей, так и в бытовых и промышленных отопительных сетях.

Золото как катализатор

Собственно как катализатор Au химики научились использовать довольно давно. Однако в 80-х годах прошлого века ученые взглянули на возможность применения золота в этом качестве совершенно по-иному.

В 1980 г. японский исследователь Масатаке Харута заинтересовался изготовлением смешанных оксидов с использованием золота. В процессе своей работы ученый, помимо всего прочего, обнаружил и очень интересную особенность, присущую Au.

Масатаке Харуто удалось выяснить то, что золото является очень активным катализатором в реакциях окисления токсичного монооксида углерода в относительно безопасный диоксид углерода. Это важное открытие японского химика может найти практическое применение, к примеру, в области снижения токсичности выхлопных газов автомобилей.

Сделал важное открытие в плане золотого катализа примерно в те же годы и британский химик Грэм Хатчингс. Этот ученый с использованием Au создал катализатор, просто идеально подходящий для гидрохлорирования ацетилена. Важность открытия британца заключалась прежде всего в том, что такая реакция сегодня в промышленности используется по-настоящему широко.

К примеру, гидрохлорирование ацетилена применяется при изготовлении хорошо известного многим пластика ПВХ. Трубы из такого материала применяются сегодня при производстве водопроводных и канализационных труб, пластиковых окон, облицовочных панелей и пр.

Перспективы

По мнению многих ученых, в качестве наноматериала золото на настоящий момент химическим элементом является более чем перспективным. Как заявляют специалисты, ближайшее время Au, скорее всего, найдет широкое применение, к примеру, в таких областях, как квантовая химия, физика поверхностей, фотофизика, изготовление люминесцирующих материалов и пр.

Источник: fb.ru

Золото может служить катализатором химических процессов

Ученые из Кардиффского университета (Уэльс) разработали новый метод создания катализаторов при помощи ценных металлов. На этот раз в качестве стабильного катализатора себя проявило золото.

Катализ — процесс ускорения химических реакций при создании той или иной субстанции на одном из этапов ее производства. Катализ используется для улучшения качества производимых продуктов, уменьшения затрат на их создание, а также для того, чтобы сделать производственный процесс более безопасным. Согласно исследованиям, 85% всех производимых продуктов мира требуют использования катализа.

Несмотря на то, что золото известно как относительно инертный материал, ученые провели исследование, в результате которого выяснилось, что в определенных случаях золото может быть эффективным катализатором. Одним из таких случаев является, к примеру, производство поливинилхлорида.

В качестве катализатора в производстве поливинилхлорида золото заменило ртуть, которая до этого выступала катализатором в процессе. Благодаря этому производство стало менее токсичным, и золото как катализатор начало использоваться многими компаниями.

Таким образом, золото проявило себя как стабильный и оптимальный во многих планах катализатор, что вызывает у ученых надежду на рост глобального применения его в этом качестве.

фото: pixabay.com

Всего 0 комментариев
Комментарии

Участвовать в дискуссии могут только зарегистрированные пользователи, после модерации.
Пожалуйста, войдите в свой аккаунт или зарегистрируйтесь.

Рекомендуем

Подписывайтесь на наш канал в Telegram

автора читают — 5 Смотреть всех

Актуальное

—> ДО 20 ИЮЛЯ

—> ДО 31 ИЮЛЯ

—> ДО 16 ИЮЛЯ

—> ДО 20 ИЮЛЯ

—> ДО 15 ИЮЛЯ

НОВЫЙ НОМЕР —> ИЮЛЬ 2023 —> ПОДДЕРЖАТЬ АРХИВ

Введите E-mail для отправки
с помощью аккаунта в соц. сетях
Забыли пароль?
с помощью аккаунта в соц. сетях
Вставить ссылку
Адрес страницы.
Загрузка нового видео
Чтобы начать загрузку, выберите файл на компьютере

Выбрать файл
Файл отобразится после публикации комментария
Или вставьте ссылку страницы с видео
Загрузка нового видео
Чтобы начать загрузку, выберите файл на компьютере
Выбрать файл

Файл отобразится после публикации комментария

Друзья. Если вы решили зарегистрироваться в нашем Мегаполисе, то вам придется немного потрудиться и ответить на несколько вопросов. И даже постараться вставить две собственные фотки. А я понимаю, что это не просто. Ох как не просто.

Один мой приятель позвонил мне по этому поводу и стал ругаться.
Типа: «Ну зачем все так сложно? Может тебе еще и размер ботинок написать?!» На что я ему ответил: «Чтобы просто почитать, не надо регистрироваться. Заходи и читай. Мы всем рады.
А вот если после прочтения ты вдруг решишь со мной жестко поспорить, то вот тут-то надо оставить о себе немного информации. Может, даже размер ботинка. Чтобы я понимал, с кем имею дело, когда буду принимать решение — спорить ли с тобой вообще…»

Это, конечно, шутка. Но я хотел бы вам сказать, что мы не строим копию Твиттера или ВКонтакте. Они круче. Мы создаем для себя и для вас журнал. Научно-популярный журнал.

Который в современных условиях должен не только писать, но и говорить, отвечать, спорить, ругаться и т.д., оставаясь при этом журналом.
Мы создаем площадку для тех, у кого есть что рассказать другим, и они не боятся это сделать. Поэтому давайте без обид. Я буду вам благодарен, если вы решитесь на этот шаг. Удачи.

Источник: 21mm.ru

Публикации: Олимпиада

С древнейших времен люди умеют добывать и обрабатывать золото. Издавна оно служило мерой богатства, но одновременно было источником бед и несчастий людей. Сейчас из золота не только делают украшения, оно также широко используется в медицине и электронике.

Но, пожалуй, самой молодой и самой перспективной в смысле рождения технологических инноваций областью применения золота является катализ. Долгое время золото считалось инертным материалом, и использовалось в катализе в виде тонких фольг, губки или проволоки. В 1975 году Вудом (Wood) и Уайзом (Wise) была установлена способность золота катализировать реакции гидрогенизации циклогексена и бутена-1. Позже было показано, что субмикронные частицы золота, нанесенные на носители MgO, Al2O3 и SiO2 также проявляют активность в реакциях гидрирования алкенов и восстановления NO водородом, однако во всех случаях она оказывалась ниже, чем активность схожих катализаторов на основе платины. Поэтому даже несмотря на свою высокую селективность, катализаторы на основе золота не считались перспективными для проведения каких-либо промышленных процессов [1].

Возрождение интереса к золотосодержащим катализаторам произошло в 80-х годах прошлого века, благодаря работам японского ученого М. Харуты. Его идея состояла в том, что среди d-элементов золото будет обладать наименьшей энергией связи металл-кислород, что может привести к его высокой активности в реакциях окисления в комбинации с другими оксидами d-металлов [1].

В качестве подтверждения этой гипотезы он приводил зависимость активности оксидов различных металлов в реакции окисления водорода в зависимости от температуры (рис. 1). Необходимо отметить, что он проводил свои исследования, несмотря на то, что в середине 80-х золото стоило дороже платины. Результат не заставил себя ждать: был разработан активный катализатор окисления, способный работать при комнатной температуре (публикация 1987 года) [2], а первый продукт на его основе – очиститель воздуха для помещений – появился на рынке в 1992 году [3].

В качестве одного из путей повышения стабильности золотосодержащих катализаторов можно назвать использование пористого носителя. В качестве примера такого носителя может выступать мезопористый оксид титана, обладающий порами, средний диаметр которых не превышает 5 нм [5]. При использовании такого катализатора агрегация частиц золота будет ограничена стенками пор.

В то же время, открытая пористость такого носителя позволила бы молекулам газов беспрепятственно диффундировать к активным центрам, а после прохождения реакции покидать объем пор. Может показаться, что такие сложные и методы получения катализаторов на основе, в общем-то, не самого дешевого металла – золота, с большим трудом смогут когда-нибудь найти практическое применение. Однако на самом деле, с технологической точки зрения они являются все же весьма привлекательными благодаря тому, что работают при низких температурах и обладают высокой селективностью. По-видмому, выгода от того, что процессы проходят при низких температурах, превосходит издержки, связанные с дороговизной золота, хотя в открытой литературе прямых расчетов не приводится.

Мировой Совет по Золоту (World Gold Coucil) приводит, по меньшей мере, четыре области применения золота в качестве катализаторов – в промышленности для селективного окисления органических веществ; в качестве нейтрализатора автомобильных выхлопов; в устройствах для очистки воздуха от СО и других токсичных органических веществ; а также, в топливных элементах. Как уже отмечалось, перспективность использования золотосодержащих катализаторов в промышленности обусловлена их высокой селективностью и активностью при низкой температуре.

В настоящее время есть, по меньшей мере, четыре примера промышленных процессов, в которых выгодно использовать золотосодержащие катализаторы. Один из них – производство винил-ацетата из этилена и уксусной кислоты при окислении кислородом на золото-палладиевомом катализаторе, который приводит к втрое более высоким выходам, чем использовавшийся ранее палладиевый катализатор [6]. Эта технология с 2001 года используется на заводе, принадлежащем компании British Petroleum в городке Халл (Hull) в Великобритании. Необходимо отметить, что винил-ацетат является необходимым компонентом красок ряда строительных материалов. В настоящее время мировое производство винил-ацетата составляет приблизительно 5 млн. тонн в год и имеет тенденцию к повышению.

Не так давно компания Nippon Shokubai разработала технологию получения метилгликолята из этиленгликоля и метанола с использованием золотосодержащего катализатора. Это вещество используется в тонкой химической технологии при производстве косметики и пищевых добавок, а также в технологии полупроводниковых устройств.

В настоящее время эта разработка находится на стадии действующей пилотной установки мощностью несколько тонн в месяц [7]. Золотосодержащий катализатор также может использоваться для получения гликолевой кислоты, которая применяется в пищевой промышленности и в качестве чистящего средства. Ежегодно в мире производится и потребляется около 60 тыс. тонн этого вещества.

Немецкими учеными из Федерального Сельскохозяйственного Центра Германии (Federal Agricultural Research Center) было показано, что такой катализатор может длительное время сохранять активность, а патент на эту разработку приобрела компания Зюдцукер (Südzucker). Еще одним привлекательным промышленным процессом, в котором может использоваться золотосодержащий катализатор, является эпоксидирование пропилена при взаимодействии с кислородом воздуха. Привлекательность этой технологии состоит в том, что реакция со 100% выходом идет уже при 70-80°С [8], в то время, как катализаторы Ag/Al2O3, которые используются сейчас, требуют температуры 300-350°С и повышенного давления.

Другой важной областью применения золотосодержащих наноматериалов оказались новые трехмаршрутные катализаторы для окисления выхлопных газов двигателей автомобилей. Компанией Nanostellar была разработана технология NS Gold™, которая пригодна для использования в сочетании с дизельными двигателями и двигателями на природном газе. В этой технологии используются наноразмерные композитные частицы на основе золота, палладия и платины, которые имеют высокую устойчивость в рабочем режиме и обеспечивают высокую эффективность (на 45-50% выше, чем обычные палладиевые катализаторы) при такой же стоимости [9]. Высокая активность в реакции окисления СО делает золотосодержащие катализаторы очень перспективными материалами для создания бытовых установок для очистки воздуха и воды. Эффективность золотосодержащих катализаторов была продемонстрирована в ходе выполнения программы GROW (Gold Gesearch Opportunities Worldwide) [10] для удаления хлорорганических производных.

Низкотемпературная окислительная активность золота также может быть использована в катализаторах для топливных элементов. В 2008 году один из ведущих производителей – компания Hitachi Maxell сообщила о создании новой технологии [11], в которой в топливном элементе с полимерным электролитом используется смешанный золото-платиновый катализатор.

При этом удалось снизить цену катализатора и значительно повысить ток – в 4,8 раз. Из открытой информации, представленной в Интернете на сайтах компаний можно видеть, что золотосодержащие катализаторы являются исключительно перспективной областью, далеко не исчерпавшей свой инновационный потенциал.

Однако возможности реализации этих технологий в России сильно отличаются в зависимости от их области применения. Так, использование катализаторов в многотоннажных промышленных процессах, по-видимому, наступит не скоро, так как внедрение таких технологий требует больших инвестиций. Очевидно, также, что зарубежные инвесторы предпочтут вкладывать деньги подобные производства в США и Европе, где строгое экологическое законодательство, или в азиатских странах, где по сравнению с Россией значительно более низкие издержки. С другой стороны, применения, связанные с созданием установок для очистки воды или воздуха, а также, с топливными элементами, могут быть привлекательны для небольших инновационных компаний, если они смогут воспользоваться новейшими достижениями химии и материаловедения.

1. Haruta M, When Gold Is Not Noble: Catalysis by Nanoparticles // The Chemical Record. 2003, V. 3, p. 75-87
2. Haruta M.; Kobayashi T.; Sano H.; Yamada N.// Chem Lett. 1987, 405-408.
3. Haruta M. When Gold Is Not Noble: Catalysis by Nanoparticles. // The Chemical Record, 2003, v. 3, pp. 75–87
4. BondG.С.,LouisС.,ThompsonD.T. Catalysis by Gold Imperial Colledge Press, 2006
5. М.В. Харламова, И.В. Колесник, А.С. Шапорев, А.В. Гаршев, А.С. Вячеславов, А.А. Елисеев, А.В. Лукашин, Ю.Д. Третьяков. Модификация структуры мезопористого оксида титана путем экстракции темплата растворителем. Альтернативная энергетика и экология, 2008, т. 57, № 1, стр. 43-48
6. United States Patent 6107513
7. WGC
8. Hughes M.D., Yi-Jun Xu, Jenkins P., McMorn P., Landon P., Enache D.I., Carley A.F., Attard G.A., Hutchings G.J.,King F., Stitt E.H., Johnston P., Griffin K., Kiely C.J.//Nature 2005, V.437, pp. 1132-1135
9. Nanostellar: Breakthrough Catalyst Materials for the Automotive Market
10. Nanotechnology: Cleaning up our Water
11. Hitachi Maxell Developed New High Active Catalyst Enabling Higher Performance Fuel Cells

Источник: www.nanometer.ru