Ren - pierwiastek przyszłości cz. 4/4

(fot. Fotolia)

Drugim niezwykle ważnym i perspektywicznym zastosowaniem renu jest kataliza. Obecnie nawet 80-90% nowych procesów w dziale chemii przemysłowej opiera się w mniejszym lub większym stopniu na katalizie. Wymienić tu trzeba proces reformingu katalitycznego, który jest pod względem chemicznym bardzo skomplikowanym procesem (jednoczesna izomeryzacja, odwodornienie, cyklizacja, hydrokraking i aromatyzacja) uszlachetniającym paliwa, stosowanym powszechnie na świecie. Katalizatory platynowe są wzbogacane w ren od 1968 r. Osadzony jest na γ-Al2O3 (który po za tym, że jest nośnikiem także wykazuje aktywność jako katalizator kwasowy) przygotowywanym specjalnie do tego celu i ma postać kuleczek o średnicy 1-2 mm. Dodatek tego pierwiastka pozwolił zachować aktywność katalityczną przy zastosowaniu mniejszych ciśnień, podnieść temperaturę (i wydajność) procesu, a także zwiększyć odporność na koksowanie. Wszystko to przyczynia się do oszczędności np. dzięki temu, że wymian lub regeneracji katalizatora trzeba dokonywać rzadziej [6]. Ren pojawia się także jako katalizator w reakcjach metatezy olefin mających coraz większe znaczenie praktyczne. Niezwykle obszerna chemia związków kompleksowych renu pozwoliła opracować na ich bazie ogromną ilość katalizatorów homogenicznych, tj. występujących w tej samej fazie co reagenty, nie wymagających nośnika. Są one stosowane zarówno w laboratoriach do syntez związków, których otrzymanie wcześniej było niewykonalne (cele stricte badawcze), jak i w przemyśle do otrzymywania w sposób ekonomiczny skomplikowanych związków organicznych.

Możliwości syntetyczne jednego homogenicznego katalizatora kompleksowego opartego na renie.

Rys. 4.  Możliwości syntetyczne jednego homogenicznego katalizatora kompleksowego opartego na renie.

Niektóre katalizatory, takie jak np. [Re(O)Cl3(SMe2)(Ph3PO)] czy [(dppm)Re(O)Cl3] są dostępne komercyjnie w ofercie Sigma-Aldrich. O istotnym problemie prób aktywacji metanu z użyciem katalizatorów homogenicznych na bazie renu donosi Gonzales i współpracownicy [7]. Udało im się określić główne kierunki dalszych badań w kierunku syntezy aktywnych katalizatorów, których potencjalnym odbiorcą jest przemysł farmaceutyczny oraz instytuty poszukujące użytecznych związków metodami chemii kombinatorycznej. Dowiedziono, że kluczem do sukcesu jest w tym przypadku zastosowanie ligandów, które zwiększą gęstość elektronową na atomie renu. Dzięki zdolności tego pierwiastka do występowania na wielu stopniach utlenienia być może poszukiwania te zostaną uwieńczone sukcesem. Wiele uwagi obecnie poświęca się katalizatorom, które mogłyby przyspieszać reakcje syntezy użytecznych chemikaliów z ogólnodostępnej biomasy, będącej surowcem odnawialnym. Mowa tu na przykład o reakcji otrzymywania dimetoksymetanu (DMM). Potrzebny tu jest katalizator zarówno utleniania (metanolu do formaldehydu) jak i kwasowy, który pomoże kondensować formaldehydowi i metanolowi. Okazało się, że te wymagania spełniają specjalne, dwufunkcyjne katalizatory złożone z tlenków renu ReOx na podłożu krzemionkowym SiO2 lub z ditlenku tytanu TiO2. Masę katalityczną otrzymano nowatorską metodą zol-żelową. Aktywność i selektywność tego katalizatora jest bardzo obiecująca, a aktywator stanowi… woda będąca zresztą produktem kondensacji. [8]

Do badań stosowano spektroskopię Ramana, która uwidacznia takie drgania w cząsteczkach, których nie widać na widmach w podczerwieni.

Rys. 5.  Do badań stosowano spektroskopię Ramana, która uwidacznia takie drgania w cząsteczkach, których nie widać na widmach w podczerwieni. Chodzi tu o takie drgania, którym nie towarzyszy zmiana momentu dipolowego. Pojedyńczą warstwę cząsteczek wody na powierzchni katalizatora można zobaczyć po prawej stronie.

Szeroką paletę zastosowań tego wyjątkowego pierwiastka zamyka elektrotechnika. Wyjątkowemu zestawowi doskonałych właściwości mechanicznych towarzyszą też świetne własności elektryczne. Dlatego elementy zawierające ren można znaleźć w zaawansowanych urządzeniach elektrycznych: specjalnych elektromagnesach, spektrografach, termoparach, elementach grzejnych, detektorach jonów i działach elektronowych. Istotne jest użycie renu w ogniwach termo-fotowoltaicznych, które mogę przekształcać ciepło w energię elektryczną. Związku renu z selenem wykorzystano z kolei w budowie elementów fotoczułych. Warto dodać, że stopy renu w niskich temperaturach wykazują nadprzewodnictwo, co w przyszłości może zwiększyć zapotrzebowanie na ten pierwiastek. W medycynie użyteczne okazały się izotopy promieniotwórcze: 186Re oraz 188Re stosowane w diagnostyce oraz do niszczenia komórek nowotworowych. Na zakończenie warto jeszcze nadmienić o renowaniu – czyli tworzeniu powłok galwanicznych, które poprawiają zarówno właściwości mechaniczne, jak i wygląd detalu. Do grupy perspektywicznych materiałów o szczególnej twardości należy natomiast borek renu ReB2

Ilość aktualnych i perspektywicznych zastosowań renu zapiera dech w piersiach. Zarówno jego chemia, właściwości i wykorzystanie czynią ten pierwiastek jednym z najciekawszych w całym Układzie Okresowym. Na pewno nie są to wszystkie możliwe obszary jego wykorzystania, a z pewnością szybko będą pojawiać się kolejne. Warto więc w wolnej chwili wychylić się poza grupy główne, lub popularne metale przejściowe. Zbieranie informacji o tak nietypowych sprawach przypomina pasjonujące śledztwo z niewielką ilością dowodów, ale przede wszystkim rzuca światło na bardzo rzadko poruszane tematy. Granice chemii praktycznej są stale poszerzane, i zachęcam wszystkich do śledzenia tego procesu patrząc okiem także chemika-nieorganika.

mgr inż. Konrad Mączka

Ren - pierwiastek przyszłości cz. 1/4
Ren - pierwiastek przyszłości cz. 2/4

Ren - pierwiastek przyszłości cz. 3/4

 

Literatura:

  1. http://rhenium.com/default.htm
  2. http://webmineral.com
  3. http://www.hardassetsinvestor.com/interviews/1002-rhenium-son-of-moly.ht...
  4. O.A. Nikonova; K.Jansson; W.G. Kessler; M. Sundberg; A.I. Baranov; A.V. Shevelkov; D.W. Drobot; G.A. Seisenbaeva: Electrochemical synthesis, structural characterization and decomposition of rhenium oxoethoxide Re4O4(OEt)12. Ligand Influence on the structure and bonding in the high-valent tetranucelar plan ar rhenium alkoxide clusters. Inorg. Chem. 47, 1295-1300, (2008)
  5. Superalloys: Alloying and PerformanceBlaine Geddes, Hugo Leon, Xiao Huang
  6. R. Burch: The oxidation otate of rhenium and its role in rhenium-platinium reforming catalysts: Platinum Metals Rev. 22, (2), (1978)
  7. J.M. Gonazales, J. Oxgaard, R.A. Periana, W.A. Goddard III: Methane Activation with rhenium catalysts: bidentate oxygenated ligands: Organomet. 26, 1505-1511, (2007)
  8. www.europacat.co.uk/workshop/ISOP45.pdf
  9. Mnóstwo luźnych, szczątkowych informacji rozrzuconych po całym Internecie
Average: 4.5 (4 votes)

Dodaj Komentarz

Plain text

  • Dozwolone znaczniki HTML: <a> <em> <strong> <cite> <blockquote> <code> <ul> <ol> <li> <dl> <dt> <dd>
  • Adresy internetowe są automatycznie zamieniane w odnośniki, które można kliknąć.
  • Znaki końca linii i akapitu dodawane są automatycznie.
CAPTCHA
Poniższe zadanie ma na celu stwierdzenie, czy jesteś człowiekiem, a tym samym przeciwdziałanie spamowi.

Partnerzy Portalu

laboratoria.net

Rekomendowane Firmy

Notatek.pl - Materiały na studia: notatki, ćwiczenia, wykład

Laboratorium - Przegląd Ogólnopolski

Fiszkoteka