अब्जांश स्तरावरील रासायनिक अभिक्रियेत सहभाग न घेता अभिक्रियेचा वेग वाढवणारा बाह्य पदार्थ म्हणजे अब्जांश उत्प्रेरक (Nanocatalyst) होय. यांचा वापर करून रासायनिक अभिक्रियेचा वेग वाढवण्याच्या प्रक्रियेला अब्जांश उत्प्रेरण म्हणतात. क्रियाप्रेरक ऊर्जा (Activation energy) कमी करून रासायनिक अभिक्रिया वेगाने घडवण्याचे कार्य अब्जांश उत्प्रेरके करतात. त्यामुळे ऊर्जेची बचत होते.
रासायनिक अभिक्रियेमध्ये सहभागी होणाऱ्या अब्जांश कणांचा आकार, त्रिमितीय व्याप्ती (आकारमान), औष्णिक आणि रासायनिक स्थिरता तसेच उत्प्रेरकाच्या पृष्ठभागाची रचना, इलेक्ट्रॉनीय रचना या सर्व गोष्टींचा रासायनिक अभिक्रियेच्या वेगाशी घनिष्ठ संबंध असतो. पृष्ठभाग संरचना आकाराने जेवढी लहान तेवढी रासायनिक अभिक्रियेचा वेग वाढवण्यासाठी अब्जांश कणांची उपलब्धता जास्त असते. त्यामुळे त्यांची रासायनिक पदार्थ आकर्षित करण्याची क्षमता अधिक असते, म्हणूनच अब्जांश उत्प्रेरकांचे महत्त्व आता खूपच वाढले आहे.
अब्जांश उत्प्रेरण पद्धतीचे वर्गीकरण : अब्जांश उत्प्रेरण पद्धतीचे मुख्यत्वे पुढील दोन प्रकारांमध्ये वर्गीकरण करतात.
(अ) समजातीय (Homogeneous) उत्प्रेरण : या पध्दतीमध्ये संक्रमणी मूलद्रव्यांच्या (Transition elements) अब्जांश कणांचे कलिली द्रावण (Colloidal solution) उत्प्रेरक म्हणून वापरतात. अब्जांश कणांचे कलिली द्रावण तयार करण्यासाठी धातूंच्या क्षारीय कणांचे (Precursormetal salts) रासायनिक, औष्णिक (Thermal), प्रकाश-रासायनिक (Photochemical) किंवा ध्वनि-रासायनिक (Sonochemical) पद्धतीने क्षपण (Reduction) केले जाते. तयार झालेल्या उत्प्रेरकी अब्जांश कणांचे समूहन/एकत्रीकरण टाळण्यासाठी स्थिरकारी (Stabilizer) म्हणजेच स्थिरता देणाऱ्या पदार्थांची आवश्यकता असते. उत्प्रेरकी प्रक्रियेमध्ये अब्जांश कणांचे संरक्षण करणे तसेच अब्जांश कणांची पृष्ठभागीय क्रियाशीलता राखणे ही स्थिरकारी पदार्थाची प्रमुख गुणवैशिष्ट्ये होत.
(ब) बहुजातीय/विषमजातीय (Heterogeneous) उत्प्रेरण : यामध्ये अब्जांश कणांचे आधारद्रव्याच्या पृष्ठभागावर अधिशोषण (Adsorption) केले जाते.
अब्जांश उत्प्रेरक : (१) गुणधर्म : अब्जांश उत्प्रेरकांचे आकारमान अतिसूक्ष्म म्हणजे काही नॅनोमीटर मितीचे असल्याने रासायनिक पदार्थ आकर्षित करण्याची त्यांची क्षमता अधिक असते. त्यांचे रचनात्मक आणि विद्युत् गुणधर्म त्यांना मोठ्या प्रमाणात क्रियाशील बनवतात. उत्प्रेरकांमधील अब्जांश पदार्थ सामान्यत: विषम स्वरूपात असतात. त्यामुळे अभिक्रिया झाल्यावर त्यांचे विलगीकरण सुलभरीत्या करता येते.
(२) प्रकार : अब्जांश उत्प्रेरणासाठी कार्बनी आणि धातवीय कणांचा वापर होतो.
(अ) कार्बन : यामध्ये कार्बन, ग्रॅफाइट, ग्रॅफीन, अकार्बनी अब्जांश नलिका(टंगस्टन किंवा बोरॉन नायट्राइड) इत्यादींचा समावेश होतो.
(आ) धातू आणि ऑक्साइडे : यामध्ये ॲल्युमिनियम, लोह, चांदी, कोबाल्ट, टिटॅनियम ऑक्साइड, झिंक ऑक्साइड, ॲल्युमिनियम ऑक्साइड इत्यादींचा समावेश होतो.
(इ) इतर कण प्रकार : यामध्ये मृदा किंवा पुंजकण (Quantum dots) यांचा समावेश होतो.
(३) उपयोग : (१) अब्जांश उत्प्रेरकांचा वापर विविध रसायने व वायू यांच्या निर्मितीसाठी होतो. उच्च रेणवीय भार (High molecular weight) असलेल्या मेणाच्या निर्मितीमध्ये लोह व कोबाल्ट यांची अब्जांश उत्प्रेरके वापरली जातात. (२) SO42-/TiO2 हे रासायनिक सूत्र असलेल्या अब्जांश स्वरूपातील उत्प्रेरकांचा एस्टर (Ester) निर्मितीच्या अभिक्रियेमध्ये वापर करतात. (३) हायड्रोजन व अमोनिया यांच्या निर्मितीसाठी झिर्कोनियम, कोबाल्ट, निकेल ऑक्साइड व तांबे यांची मिश्रणे अब्जांश उत्प्रेरके म्हणून वापरतात. (४) टाकाऊ खाद्यतेलापासून जैवडीझेल/बायोडीझेल निर्मितीसाठी ॲल्युमिनियम डोडेका-टंगस्टो-फॉस्फेट (Aluminum dodeca tungsto phosphate) अब्जांश नलिकांचा उत्प्रेरक म्हणून वापर करतात.
आधुनिक अब्जांश उत्प्रेरके ‘नॅनोकॅट’ या नावाने आंतरराष्ट्रीय बाजारात उपलब्ध आहेत. विविध रासायनिक पदार्थांच्या व सौंदर्यप्रसाधन निर्मितीत अत्यावश्यक असणाऱ्या ऑक्सिडीकरण, क्षपण, विघटन इत्यादी प्रक्रिया कमी तापमान, कमी वेळ, कमी खर्च आणि जलद गतीने करण्यासाठी अब्जांश उत्प्रेरकांचा उपयोग होतो.
(४) रासायनिक उद्योगातील अब्जांश उत्प्रेरकांचे महत्त्व : (१) अब्जांश कणांचा आकार व गुणधर्म यांच्या नियंत्रणाद्वारे रासायनिक विक्रियेची निवडक्षमता (Selectivity) आणि उत्प्रेरकाची कार्यक्षमता यांमध्ये वाढ करता येते. (२) खर्चिक धातवीय उत्प्रेरकांना पर्यायी अब्जांश उत्प्रेरकांच्या वापरामुळे रासायनिक अभिक्रियेवरील आर्थिक खर्च पुष्कळ प्रमाणात कमी होतो. (३) वायू किंवा द्रव अवस्थेतील उत्पादनांमधून अनावश्यक कणांच्या विलगीकरणासाठी अब्जांश उत्प्रेरकांचे पापुद्रे (Membranes) वापरतात.
अब्जांश उत्प्रेरकांच्या निर्मितीमध्ये नॅनोस्टिलर, नॅनोफेज टेक्नॉलॉजीझ कॉर्पोरेशन, हेडवॉटर्स नॅनोकायनेटिक्स, नॅनोस्केल कॉर्पोरेशन अशा अनेक कंपन्या कार्यरत आहेत.
पहा : अब्जांश कण.
संदर्भ :
- R. Schlogl and S. B. AbdHamid,Nanocatalysis: Mature ¨ science revisited of something really new?AngewandteChemie International Edition, vol. 43, No. 13, pp. 1628–1637, 2004.
समीक्षक – वसंत वाघ
