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.

..............................