Er is een manier om de veel gebruikte bulkstof propeenoxide te maken met water als enig bijproduct. Dat zou jaarlijks miljoenen tonnen aan bijproducten schelen. De benodigde chemische reactie is echter nogal explosief, tenzij deze gecontroleerd plaatsvindt in een microreactor. Scheikundestudente Stefanie Kriescher werkt aan de optimalisatie van het reactieproces.

Propeenoxide is een zeer gewilde bulkstof in de chemische industrie. Jaarlijks wordt er zeven miljoen ton van gebruikt, onder andere bij de productie van propyleenglycol. Dit is een grondstof voor polyurethaan, waarvan allerlei soorten rubber, plastic en textiel worden gemaakt.

Bij de productie van propeenoxide ontstaan momenteel vaak bijproducten die ofwel milieuonvriendelijk zijn, dan wel een lage marktwaarde hebben. Door waterstof, zuurstof en propeen met elkaar te laten reageren met behulp van een katalysator ontstaat ook propeenoxide. Het voordeel is dat daarbij voornamelijk propeenoxide ontstaat, water en weinig andere bijproducten.

Als katalysator kan de vaste stof goud-titanium-silica worden gebruikt. Wat tijdens de reactie gebeurt, is slechts gedeeltelijk bekend. Volgens de literatuur is het goud verantwoordelijk voor de vorming van een actieve oxidant, zoals waterstofperoxide. Dit actieve oxidant en het propeen zouden zich vervolgens hechten aan het titanium en samen het gewenste propeenoxide vormen.

Helaas kunnen waterstof en zuurstof een nogal explosieve combinatie vormen. Daarom is het bovenstaande alleen verantwoord wanneer kleine hoeveelheden van de uitgangsstoffen in helium worden opgelost. Door de reactie vervolgens te laten plaatsvinden in een microreactor, een buisje van 1 mm doorsnede, is het ontploffingsprobleem te omzeilen.

“Het is mogelijk om uiteindelijk toch grotere hoeveelheden propeenoxide te produceren door veel microreactoren naast elkaar te plaatsen”, legt Stefanie Kriescher uit. “Elke reactor heeft een doorstroom (volumedebiet, red.) van 3,3 milliliter per minuut. Jammer genoeg is de omzetting van de uitgangsstoffen in propeenoxide nog erg laag, namelijk zo’n twee procent.”

Zo wordt het moeilijk om miljoenen tonnen propeenoxide per jaar te produceren. Kriescher bestudeert daarom het reactiemechanisme, zodat het proces kan worden geoptimaliseerd. Ze veranderde telkens de concentratie van een van de drie uitgangsstoffen in het helium en bekeek wat dat voor effect had op de reactie. “Daarnaast beschrijven we het de-activatieproces: aan het oppervlak van de katalysator zetten zich na verloop van tijd ongewenste deeltjes vast”, zegt Kriescher. “De katalysator raakt dus vervuild en werkt minder goed. Dat kun je oplossen door de katalysator na afloop te verwarmen en helium met een bepaalde concentratie zuurstof langs de katalysator te laten stromen.”

Tekst: Enith Vlooswijk
Fotomontage: Rien Meulman