Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek
Foutje in katalysator zit chemische industrie in de weg
17 november 2009
Een van de belangrijkste katalysatoren van de moderne chemische
industrie ligt dwars. De bouwstenen van zogeheten zeoliet ZSM-5
kristallen, een soort Zwitserse kaas met gaatjes op molecuulformaat,
sluiten niet perfect op elkaar aan. De stoffen die door de kristallen
heen moeten gaan, komen daarom vaak vast te zitten en reageren niet
goed. NWO-onderzoeker Marianne Kox ontdekte de afwijkingen in de
minuscule maar onontbeerlijke deeltjes. Zij promoveert op 17 november
aan de Universiteit Utrecht.
Vrijwel alle medicijnen, brandstoffen en andere chemische producten
zijn ergens in hun 'leven' in aanraking gekomen met katalysatoren. Ze
helpen om de ene stof, bijvoorbeeld aardolie, om te zetten in de
andere, zoals benzine. Kijk goed om je heen en je ziet overal het
harde werk van deze katalysatordeeltjes. Marianne Kox bestudeerde één
van de belangrijkste katalysatoren: zeoliet ZSM-5 kristallen. Deze
deeltjes zien er uit als gatenkaasjes met pietepeuterige kanaaltjes,
waar de om te zetten stoffen doorheen geleid worden. Maar niet alle
gaatjes blijken mee te willen werken.
'Big brother' van de katalyse
Als een ware 'big brother' begluurde Marianne Kox de zeolieten met een
combinatie van verschillende micro-spectroscopische technieken.
Hierdoor kon ze de zeolietdeeltjes op verschillende momenten en
plekken bestuderen, zoals bijvoorbeeld in 3D de binnenkant van de
katalysator. Ze ontdekte waarom niet alle zeolietkristallen braaf
gehoorzamen en zich op de ene plek anders gedragen dan op de andere.
Afhankelijk van de vorm van de kristallen - bijvoorbeeld een bootvorm,
of zelfs de vorm van een doodskistje - bleken de kanaaltjes in de
gatenkaasstructuur niet goed door te lopen en verstopt te kunnen
zitten. Dit komt doordat de bouwstenen, waaruit de zeolietkristallen
zijn opgebouwd, niet goed op elkaar aansluiten. Hierdoor werkt de
katalysator niet optimaal. Dankzij de unieke combinatie van technieken
die Marianne Kox toepaste, kan nu de werking van katalysatoren beter
bestudeerd en dus ook verbeterd worden.
Het onderzoek van Marianne Kox maakt onderdeel uit van het
Vici-project van Bert Weckhuysen. Op 20 september 2009 verscheen in
Nature Materials het artikel Morphology-dependent zeolite intergrowth
structures leading to distinct internal and outer-surface molecular
diffusion barriers over dit onderzoek, waaraan ook AIO Lukasz Karwacki
bijdroeg.
Over NWO
NWO is dé nationale wetenschapsfinancier en heeft tot taak het
wetenschappelijke onderzoek in Nederland te laten excelleren via
nationale competitie. Jaarlijks geeft NWO ruim 700 miljoen euro uit
aan subsidies voor toponderzoekers, vernieuwende instrumenten en
apparatuur en instituten waar toponderzoek wordt bedreven. NWO
financiert het onderzoek van ruim 5300 getalenteerde wetenschappers
aan universiteiten en instellingen. Selectie door middel van peer
review is in handen van onafhankelijke deskundigen. NWO bevordert de
overdracht van kennis naar de maatschappij.
..............................