Nieuwe methode voor recycling van platina-katalysatoren

Onderzoekers van de University of Illinois Urbana-Champaign hebben een nieuwe techniek ontwikkeld om platina-katalysatoren uit industriële processtromen terug te winnen. De methode kan bijdragen aan een efficiënter hergebruik van het kostbare edelmetaal en aan het verminderen van afvalstromen in de chemische industrie.

Platina wordt veel gebruikt in zogenoemde homogene katalysatoren voor hydrosilylering, een belangrijke chemische reactie bij de productie van siliconenmaterialen. Het terugwinnen van deze katalysatoren is echter lastig. De concentratie platina in processtromen is vaak laag, terwijl de reactieproducten een hoge viscositeit en een hoog kookpunt hebben. Bovendien verliezen katalysatoren tijdens gebruik vaak hun activiteit.

Het onderzoeksteam onder leiding van professor Xiao Su (chemische en biomoleculaire technologie) ontwikkelde een methode waarbij moleculaire bindingen en elektrochemische scheidingstechnologie worden gecombineerd. De resultaten zijn gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift JACS Au.

Stabiliseren van de katalysator

De eerste stap in het proces is het behouden van de activiteit van de katalysator na de reactie. Hiervoor voegden de onderzoekers een speciaal molecuul – een zogenoemde olefine-ligand – toe dat zich bindt aan het platina-atoom. Deze binding voorkomt dat de katalysator deactiveert door samenklontering van de deeltjes.

Vervolgens ontwikkelden de onderzoekers een redox-actief polymeer dat op elektroden wordt aangebracht. Dit materiaal kan via elektrochemische activering de platina-katalysator uit het reactiemengsel binden, zelfs wanneer het proces plaatsvindt in niet-geleidend medium zoals olieachtige vloeistoffen.

‘Vangen en loslaten’

Volgens de onderzoekers werkt het systeem vergelijkbaar met een filter. Het polymeer vangt de platina-katalysator uit de productoplossing, waarna deze in een andere oplossing weer kan worden vrijgegeven voor hergebruik.

Met deze techniek wist het team bijna 100 procent van de katalytische activiteit te behouden en een terugwinningsrendement van ongeveer 90 procent te bereiken, zelfs onder de complexe omstandigheden van hydrosilyleringsprocessen.

Industriële samenwerking

Voor het onderzoek werkten de wetenschappers samen met onderzoekers van chemieconcern Dow via het Dow University Partnership Initiative. Daardoor kon de methode worden getest in omstandigheden die sterk lijken op echte industriële processen.

Volgens de onderzoekers is dit een belangrijke stap, omdat veel eerdere elektrochemische scheidingsmethoden vooral geschikt waren voor geleidende vloeistoffen zoals water. Industriële chemische processen bevatten vaak juist niet-polaire oplosmiddelen, waardoor scheiding veel moeilijker is.

Minder mijnbouw en afval

Het terugwinnen van platina uit processtromen heeft naast economische voordelen ook een duidelijke milieuwinst. Het vermindert de hoeveelheid metaal die in afvalstromen terechtkomt en verkleint de behoefte aan nieuwe platinawinning, een proces dat energie-intensief en milieubelastend is.

Het onderzoeksteam verwacht de techniek kan bijdragen aan een meer circulaire benadering van kritieke metalen in de chemische industrie. Door katalysatoren uit afvalstromen terug te halen en opnieuw in te zetten, wordt niet alleen waarde behouden, maar wordt ook de grondstoffenketen minder afhankelijk van primaire mijnbouw.