Met een in Utrecht ontwikkelde 3D-scanmethode kun je precies in kaart brengen waar het aluminium in een zeoliet zit. En vooral waar het na een stoombehandeling zit, blijkt uit een publicatie in Nature Communications.

Het is een vervolg op een vorige maand gepresenteerde scanmethode die liet zien waar de actieve, zuur reagerende plekken zich bevinden in de poriën van zo’n zeoliet. Die actieve plekken, die allerlei omzettingen in de petrochemie katalyseren,. zijn afhankelijk van aluminium. Maar lang niet alle aluminium zit bij een actieve plek.

De nu door Bert Weckhuysen en zijn vakgroep gepresenteerde scantechniek, ontwikkeld samen met Pacific Northwest Laboratory en katalysatorfabrikant UOP, doet iets heel anders. Hij heet ‘atom probe tomography’ en werkt met een pulserende laser. Elke puls heeft precies genoeg energie om één atoom van het monster te schieten, maar niet genoeg om ook de onderliggende zeolietstructuur te beschadigen.

Het weggeschoten atoom wordt opgevangen in een gevoelige time-of-flight massaspectrometer (TOF-MS), die aan de hand van de massa bepaalt of het aluminium of iets anders was. Dat gaat met een snelheid van ongeveer duizend atomen per seconde.

Door zo laag voor laag de atomen van een zeolietmonster af te pellen en vervolgens aan de hand van de meetresultaten de samenstellingen van de lagen te reconstrueren, kun je een 3D-kaart met atomaire resolutie samenstellen van een heel klein stukje zeoliet. Het persbericht spreekt van één duizendste van de diameter van een menselijke haar, en dan zijn het nog steeds tientallen miljoenen atomen.

Om te beginnen zie je dan dat zelfs in een verse zeoliet het aluminium lang niet zo gelijkmatig verdeeld zit als je in een zuiver kristal zou verwachten. En dat wordt erger zodra je de zeoliet gaat ‘stomen’, een in de industrie gebruikelijke behandeling op de poriën als het ware op te boren door een deel van het aluminium weg te vreten. Je ziet dan dat dat aluminium zich op sommige plaatsen juist ophoopt, en het vermoeden bestaat dat die ophopingen werken als een soort transportband die het overschot naar buiten werkt.

Maar het betekent ook dat de actieve plekken zich daar eveneens ophopen, zodat ze elkaar in de weg gaan zitten en de katalytische activiteit afneemt. Die ophopingen kon je bij de vorige scanmethode trouwens ook al zien. “Net als werknemers die elkaar verdringen op één plek rondom een lopende band, zorgt dat voor een shutdown van de katalytische fabriek”, zo vat het persbericht het samen.

De nieuwe scantechniek zou dan ook vooral handig moeten zijn bij het zoeken naar een alternatief voor het stomen, waarbij je wél de poriën opboort maar geen ophopingen krijgt.

bron: UU