Dubbele katalysator bevordert productie van schoner nylon

Met een zeer fijne keramische zeef levert de synthese van caprolactam, de voornaamste grondstof voor de productie van nylon, minder chemisch afval op. De twee Engelse scheikundigen maken ook een snellere industriële synthese van andere chemicaliën mogelijk (Proceedings of the National Academy of Sciences, okt).

Jaarlijks wordt er wereldwijd zo'n vier miljoen ton caprolactam geproduceerd. Daar komen agressieve chemicaliën aan te pas, terwijl het caprolactam slechts als bijproduct ontstaat naast ammoniumsulfaat. De Japanse chemiegigant Sumitomo opende onlangs een kleine proeffabriek waarin het caprolactam gemaakt wordt met behulp van een katalysator. Dat vereist waterstofperoxide, eveneens een agressieve en explosieve chemische grondstof.

Een katalysator zorgt ervoor dat een chemische reactie sneller verloopt. In veel chemische processen zijn verschillende omzettingen – en daarmee verschillende katalysatoren – nodig om tot het gewenste eindproduct te komen. De benodigde katalysatoren worden vaak opgelost in het reactiemengsel. Probleem is dat ze na afloop van de reactie weer moeten worden gescheiden van het gevormde product, hetgeen meestal niet eenvoudig is. Een alternatief is de katalysator op een vaste drager aan te brengen. Maar ook die oplossing is niet ideaal omdat verschillende katalysatoren op een en dezelfde drager elkaars werking negatief beïnvloeden.

John Meurig Thomas en Robert Raja van de universiteit van Cambridge zijn er nu in geslaagd dit probleem op te lossen. Ze gingen uit van een keramisch materiaal met zeer fijn verdeelde poriën ter grootte van enkele nanometers (een miljardste meter). Dit soort moleculaire zeven worden veel toegepast als katalysator. In die poriën brachten ze twee verschillende metalen aan, elk geschikt voor het versnellen van één bepaalde reactie. Daarbij zorgden ze ervoor dat de metaalatomen zó ver van elkaar zitten dat ze geen last van elkaar hebben. Een simpel idee, en het werkt wonderwel. De gecombineerde katalysator laat de vorming van caprolactam onder veel mildere omstandigheden verlopen, bij temperaturen niet hoger dan tachtig graden Celsius.