Ewch i’r prif gynnwys
Yr Ysgol Cemeg

Catalyddion gwell i alluogi puro aer mewn cymwysiadau achub bywyd

Mae lleihau Carbon Monocsid (CO) mewn amgylcheddau heriol yn hollbwysig i gadw pobl yn yr amgylcheddau hynny'n ddiogel, boed hynny mewn amgylcheddau milwrol, mwyngloddio, neu wrth archwilio o dan y môr. Drwy wneud ymchwil sylfaenol ar y berthynas rhwng prosesau paratoi a pherfformiad catalyddion a ddefnyddir i dynnu CO o aer halogedig, mae ymchwilwyr yn Ysgol Cemeg Prifysgol Caerdydd wedi datblygu prosesau gwell ar gyfer dileu CO.

Mae carbon monocsid yn angheuol i fywyd dynol, yn enwedig mewn mannau caeedig fel mwyngloddio ac archwilio’r dyfnfor felly mae lleihau carbon monocsid yn yr amgylcheddau hyn yn hanfodol ar gyfer iechyd a diogelwch pobl.

O dan arweiniad yr Athro Stuart Taylor a’r Athro Graham Hutchings, mae ein hymchwilwyr nid yn unig wedi gwella effeithiolrwydd y prosesau hyn i ddiogelu bywydau, ond hefyd wedi cefnogi’r gwaith gan Molecular Products Group i fasnacheiddio'r deunyddiau hyn, gan arwain at gynhyrchion gwell, cyfleoedd i ehangu i farchnadoedd newydd, a swyddi newydd i gefnogi’r gwaith o’u gweithgynhyrchu a'u gwerthu.

Ein gwaith ymchwil

Mae trosi CO mewn aer i garbon deuocsid (CO2) ar dymheredd a phwysedd ystafell yn hanfodol mewn mannau sydd â llai o fynediad at ddulliau awyru ac awyr iach, megis mwyngloddiau, plymio dyfnfor a llongau tanfor. Mae gallu cyflawni'r broses drosi heb yr angen i newid tymheredd a phwysedd adweithiau yn sylweddol yn golygu y gellir lleihau maint y cynwysyddion adweithio, rhywbeth sy'n arbennig o ddymunol mewn llongau tanfor a llongau archwilio'r dyfnfor, lle nad oes llawer o le. Mae hefyd yn cynyddu diogelwch y prosesau, sy'n fanteisiol nid yn unig i longau tanfor, ond hefyd mewn mwyngloddiau dwfn, lle mae digon o beryglon eisoes.

Heb fodd o gael gwared ar CO neu ei drosi'n CO2, mae risgiau difrifol i fywyd yn y mannau caeedig hyn. Oherwydd hyn, mabwysiadwyd catalyddion yn gynnar yn y gwaith i gefnogi'r broses drosi. Gellir defnyddio Copr Manganîs Ocsid, a adwaenir yn fasnachol fel Hopcalite, i gael gwared ar CO a nwyau gwenwynig eraill o systemau cynnal bywyd, ond mae amrywioldeb yn ei berfformiad wedi'i rwystro rhag llwyddo'n eang yn fasnachol.

Gwnaeth Molecular Products Group, cwmni gweithgynhyrchu rhyngwladol yn y DU, geisio arbenigedd yr Athro Taylor a'r Athro Hutchings i wneud ymchwil fanylach i Hopcalite, gyda'r nod o gynyddu ansawdd y prosesau gweithgynhyrchu, a'i effeithiolrwydd mewn systemau cynnal bywyd.

Drwy ddadansoddi a chymharu'r llwybrau paratoi presennol, penderfynwyd ar y dull cynhyrchu mwyaf effeithiol. Cefnogwyd y dull hwn gan dechnegau paratoi newydd sy'n defnyddio dull gwrth-doddiannol uwch-gritigol newydd. Mae'r dull uwch-gritigol hwn yn annog y cam o baratoi deunyddiau solet newydd, ac wedi caniatáu i'r tîm gynyddu eu dealltwriaeth o sut y gall strwythur arwyneb y catalyddion gynyddu neu leihau effeithiolrwydd catalytig.

Er mwyn sicrhau eu bod yn troi pob carreg, archwiliodd y tîm hefyd yr effaith a gafodd y tymheredd yn ystod y broses weithgynhyrchu ar y catalydd a ddeilliodd o hynny, gan ddod o hyd i'r tymheredd perffaith ar gyfer gweithgynhyrchu er mwyn sicrhau nad oedd unrhyw ostyngiad mewn effeithiolrwydd.

Fe wnaeth yr ymchwil hon hefyd helpu'r tîm i ddatblygu dulliau newydd, mwy effeithlon o gynhyrchu catalydd metel gwerthfawr Molecular Products Group, Sofnocat, a ddefnyddir yn y sefyllfaoedd mwyaf heriol fel dymchweliadau mwyngloddiau lle nad oes gan Hopcalite y gallu i drosi CO gyda pherfformiad digon uchel.

Effaith ein hymchwil

Fe wnaeth yr ymchwil ganiatáu i Molecular Products Group sefydlu catalyddion tynnu CO sy'n fasnachol hyfyw ac sydd wedi cael eu gwerthu ledled y byd, gan gynhyrchu atmosffer y gellir ei anadlu i bobl sy'n gweithio mewn amgylcheddau eithafol, gan gynnwys glowyr, llongau tanfor, a chleifion ysbyty o dan anesthesia.

Cyhoeddiadau

C. Jones, K. Cole, S.H. Taylor, M.J. Crudace, G.J. Hutchings, Copper manganese oxide catalysts for ambient temperature carbon monoxide oxidation: effect of calcination on activity. J. Mol. Catal. A: Chem., 2009, 305, 121-124.

C. Jones, S.H. Taylor, A. Burrows, M.J. Crudace, C.J. Kiely, G.J. Hutchings, Cobalt promoted copper manganese oxide catalysts for ambient temperature carbon monoxide oxidation. Chem. Commun., 2008, 1707-1709.

K.J. Cole, A.F. Carley, M.J. Crudace, M. Clarke, S.H. Taylor, G.J. Hutchings, Copper manganese oxide catalysts modified by gold deposition: the influence on activity for ambient temperature carbon monoxide oxidation. Catal. Lett., 2010, 138(3-4), 143-147.

Z. Tang, S.A. Kondrat, C. Dickinson, J.K. Bartley, A.F. Carley, S.H. Taylor, T.E. Davies, M. Allix, M.J. Rosseinsky, J.B. Claridge, Z. Xu, S. Romani, M.J. Crudace, G.J. Hutchings, Synthesis of high surface area CuMn2O4 by supercritical antisolvent precipitation for the oxidation of CO at ambient temperature. Catal. Sci. Technol., 2011, 1(5), 740-746.

Z. Tang, C.D. Jones, T.E. Davies, J.K. Bartley, A.F. Carley, S.H. Taylor, M. Allix, C.Dickinson, M.J. Rosseinsky, J.B. Claridge, Z. Xu, M.J. Crudace, G.J. Hutchings, New nanocrystalline Cu/MnOx catalysts prepared using supercritical antisolvent precipitation. ChemCatChem., 2009, 1(2), 247-251.

J.K. Aldridge, L.R. Smith, D.J. Morgan, A.F. Carley, M. Humphreys, M.J. Clarke, P.Wormald, S.H. Taylor, G.J. Hutchings, Ambient temperature CO oxidation using palladium–platinum bimetallic catalysts supported on tin oxide/alumina. Catalysts 2020, 10, 1223.