In Utrecht is een methode bedacht om de actieve plekken binnen de poriën van een zeolietkatalysator groen te laten oplichten. Zo kun je nagaan hoe goed zo’n katalysator is en hoe snel hij achteruitgaat tijdens het gebruik, schrijven Bert Weckhuysen (UU) en collega’s in Nature Chemistry.

Het onderzoek is uitgevoerd in samenwerking met Albemarle Catalysts. Dat bedrijf hoopt op basis van de resultaten betere FCC-katalysatoren te kunnen maken. Dat zijn zeolieten die de lange koolwaterstofketens in ruwe aardolie ‘kraken’, wat nodig is om er benzine van te maken.

Wat de onderzoekers in feite zichtbaar maken is de activiteit van de zeoliet als Brønstedzuur oftewel protonendonor. Daartoe voegen ze thiofeen toe, een stof die onder invloed van zo’n Brønstedzuur korte ketens (oligomeren) vormt die groen fluoresceren. Het idee is dat die ologomeren vervolgens niet meer weg kunnen uit de poriën, zodat je aan de groene fluorescentie kunt zien waar de Brønsted-aciditeit zit.

Als tweede kleurstof wordt Nijlblauw A toegevoegd, een stof die alle katalysatordeeltjes aan de buitenkant rood (!) laat fluoresceren maar die te groot is om in de poriën door te dringen.

Onder een fluorescentiemicroscoop kun je dus precies zien welke gedeelten van de katalysatordeeltjes daadwerkelijk uit zeoliet bestaan. Die lichten onder invloed van een geschikte laser (488 of 561 nm golflengte) immers groen op. De rest van de deeltjes zie je pas onder een 638 nm-laser: dan lichten ze rood op.

In een later stadium hopen de onderzoekers de gemeten fluorescentie te kunnen omrekenen naar de katalysatoractiviteit. Vast staat dat zo’n verband er is: als de katalysator wordt gedeactiveerd als gevolg van langdurig gebruik, dan zie je ook de activiteit als Brønstedzuur achteruit gaan. Metingen aan een aantal monsters van ‘opgebruikte’ katalysatoren uit de industrie hebben dat nog eens bevestigd, en als je per monster maar voldoende deeltjes doormeet lijk je op z’n minst een statistisch verband tussen fluorescentie en activiteit te kunnen leggen.

Ook heeft Weckhuysen al metingen gedaan aan een zogeheten evenwichtskatalysator die daadwerkelijk uit een raffinaderij kwam. De gewoonte daar is om de katalytische activiteit op peil te houden door regelmatig wat ‘verse’katalysator toe te voegen. Voor het eerst is nu tot in detail te zien hoe groot de verschillen tussen de verse en de oude deeltjes zijn.

bron: UU