Glanhau’r broses o gynhyrchu PVC

Mae'r Athro Graham Hutchings o'r Ysgol Cemeg wedi bod yn gweithio tuag at leihau’r peryglon amgylcheddol ynghlwm wrth weithgynhyrchu polyfinyl clorid (PVC). Mae canlyniad ei waith wedi ei gwneud hi'n bosibl cael gwared ar fercwri sy’n gatalydd wrth weithgynhyrchu'r cemegau y mae eu hangen cyn cynhyrchu PVC. Dyma'r tro cyntaf ers mwy na 50 mlynedd i ddull llunio catalyddion gael ei ailwampio’n llwyr er mwyn cynhyrchu nwydd cemegol.

Ers 2007, bu'r cwmni cemegol rhyngwladol Johnson Matthey PLC yn cydweithio â Phrifysgol Caerdydd i ddatblygu'r gyfres newydd hon o gatalyddion sy’n seiliedig ar aur i gynhyrchu finyl clorid monomer (VCM). Ar ôl mwy na 10 mlynedd o ymchwil a datblygu a gostiodd filiynau o bunnoedd, datblygodd y cwmni PRICAT™ MFC (sef Catalydd Difercwri).

Defnyddio aur yn lle mercwri

Dangosodd ymchwil yr Athro Hutchings y gallu enfawr sydd gan aur i gataleiddio’r broses o weithgynhyrchu VCM. Fodd bynnag, roedd pris uchel aur yn golygu bod angen gostwng lefel yr aur er mwyn i'r catalydd arfaethedig fod yn bosibilrwydd yn fasnachol. Oherwydd hanes yr Athro Hutchings ym maes creu catalyddion sy’n seiliedig ar aur, cysylltodd Johnson Matthey â’r Brifysgol i gymhwyso ei ymchwil i fasnacheiddio'r broses hon.

Dechreuodd y prosiect, a ariannwyd gan Johnson Matthey a Chyngor Aur y Byd, drwy ymchwilio i’r ffordd roedd gwanhau'r aur yn effeithio ar effeithiolrwydd aur i fod yn gatalydd yn y broses hon. Canfu tîm Caerdydd fod gwanhau'r aur yn arwain at weithgarwch catalytig anghynaliadwy o isel ym mhob achos. Dangosodd hefyd nad oedd y broses o gymysgu aur â metelau eraill yn cynhyrchu catalyddion hyfyw.

Dangosodd yr astudiaethau hyn fod catalyddion ag aur yn unig yn well na chyfansoddion cymysg eraill, gan gynnwys catalyddion â mathau cymysg o fetel. Roedd hefyd yn peri i’r tîm ddeall yn well y mecanwaith adweithio y gwnaethon nhw seilio eu catalyddion newydd arno. Ar ben hynny, dangosodd bwysigrwydd manteisio i’r eithaf ar wasgaru aur i gynyddu arwynebedd y catalydd aur y gellir ei ddefnyddio.

Gwneud y broses yn ddiogel ac yn gost-effeithiol

Yn seiliedig ar yr ymchwil, datblygodd Johnson Matthey system gatalytig sy’n cynnwys craidd carbon sydd wedi'i orchuddio mewn haen denau o aur o'r enw PRICAT™ MFC (sef Catalydd Difercwri). Arweiniodd hyn at gatalydd â chymhareb aur ag arwynebedd mawr o’i gymharu â màs. Pan gafodd ei brofi mewn treialon maint, canfuwyd bod y catalydd aur tra gwasgaredig newydd, a gafodd ei ddatblygu i gymryd lle’r catalydd clorid mercwrig, sef safon y diwydiant yn ystod y 60 mlynedd diwethaf, yn llawer gwell.

Y cam nesaf yn y broses ddatblygu oedd datblygu dull mwy diogel a mwy hyfyw yn fasnachol i gynhyrchu’r catalydd. Paratowyd y dull gwreiddiol a’r catalyddion aur â chymorth carbon drwy adneuo aur gan ddefnyddio'r aqua regia sy’n asid anhygoel o gryf. Goresgynwyd yr her hon drwy ddatblygu llwybr dŵr newydd sy'n defnyddio cymhlygion sylffwr aur sydd â moleciwlau bach. Astudiwyd canlyniadau'r broses hon ymhellach i gadarnhau natur safle gweithredol y catalyddion. Roedd hyn yn golygu bod modd deall hyn ar y lefel atomig, ac felly roedd modd datblygu'r catalyddion ymhellach at ddibenion masnacheiddio.

Roedd ymchwil Prifysgol Caerdydd yn ganolog o ran deall sut mae catalyddion aur yn gweithio ac mae wedi helpu i'w dylunio, gan gynyddu’n fawr eu potensial i’w hecsbloetio’n fasnachol drwy fodloni'r mathau allweddol o arloesi y mae eu hangen i ddefnyddio ymchwil ym maes gweithgynhyrchu PVC.