Inhoud

Het hoorcollege bestaat uit een inleiding en vier grote delen: heterogene katalyse, homogenen katalyse, biokatalyse en industriële casussen.  Bij de selectie van praktische voorbeelden ligt de nadruk op processen die de concepten “groene” chemie en duurzaamheid maximaal integreren.

In de inleiding wordt de technologische en maatschappelijke impact en de historische ontwikkeling van de katalyse geschetst.

Het deel heterogene katalyse is toegespitst op katalyse in holtes met moleculaire dimensies en katalyse aan oppervlakken. De studie begint met het verwerven van inzicht in de elementaire stappen van het katalytisch proces. In microkinetica wordt de katalytische actie uitgelegd op het niveau van een individuele site. Op een niveau hoger wordt massa- en warmtetransfer op niveau van 1 korrel en een katalytisch bed ingebracht. Procestechnische aspecten zoals diffusie, materietransport, kinetiek, corrosie en scheiding worden in deze context geïntroduceerd. Vervolvens wordt de synthese van heterogene vaste stof katalysatoren besproken. Vervolgens worden zeolieten uitvoerig besproken. Dit deel eindigt met een overzicht van deactivatie mechanismen bij heterogene katalysatoren.

Het deel homogene katalyse is toegespitst op algemene aspecten van katalyse met opgeloste transitiemetaalcomplexen. Inzicht in dit soort katalyse vergt een goede kennis van de coördinatieve binding, ligand invloeden en elementaire stappen. De concepten worden geïllustreerd met praktijkvoorbeelden, gaande van C-C koppeling (suzuki), hydroformylatie, (selectieve) hydrogenatie tot polymerizatie. 

Het deel biokatalyse gaat uitvoerig in op de werking van enzymes aan de hand van relevante voorbeelden, voornamelijk uit de industriële farmaceutische productie. De kinetiek van enzyme-katalyse en de soorten inhibitie worden uitvoerig besproken en gemodelleerd (michaelis-menten). Het immobiliseren van enzymes en de aanpak voor een praktische realisatie van een biokatalytisch proces wordt uitgelegd. De voorbeelden hebben tot doel de belangrijkste industriële realisaties in dit domein te beschrijven.

Het laatste deel industriële casussen focust zich op relevante grootschalige voorbeeldprocessen waar katalyse cruciaal is. De studenten presenteren later zelf ook casussen.

Studiemateriaal

PowerPointpresentaties zijn beschikbaar via Toledo
Eigen notities
 

Toelichting werkvorm

Interactief hoorcollege met vragenmoment.

Inhoud

a. De oefenzittingen maken de student vertrouwd met de kwantitatieve benadering van de theoretische concepten: 3 to 4 sessies met oefeningen over micro-, macro en enzyme kinetiek.

b. In de oefenzittingen wordt een groepswerk gepresenteerd: de casus. Een groep van een (2) drie-viertal studenten brengt een katalytische casus in een integrerende manier (reactor, katalysator, process, duurzaamheid, toepassing van het prodcuct,...) in een presentatie van 20 minuten met 10 minuten vragen/groepsdiscussie.

c. Het practicum maakt de student vertrouwd met de concepten van de katalyse. Typische experimenten worden opgezet door een team van een drietal studenten met het doel de belangrijke toepassingsdomeinen experimenteel te benaderen. Voorbeelden van mogelijke onderwerpen zijn: een heterogeen gekatalyseerde reactie met een vaste katalysator; bv fotokatalytisch; een typische homogeen gekatalyseerde reactie; synthese van een chiraal zuiver molecule uit een prochiraal substraat. Het team krijgt een reactor en analytische opstelling ter beschikking uit de aanwezige infrastructuur. Deze reactie wordt dan uitgevoerd en reactieparameters zoals snelheid, selectiviteit en opbrengst (rendement) worden bepaald.

d. Verder is er nog een excursie naar een chemisch bedrijf en/of katalysator fabricant waar de student kennis maakt met de industriële realiteit.

Studiemateriaal

De studenten ontvangen een document met de omschrijving van de opdrachten, oefeningen, casus opdracht en literatuur en details over de in het laboratorium uit te voeren reactie.

Toelichting werkvorm

a. oefenzittingen: klassikaal met tussentijdse ondersteuning aan bord en altijd kans tot stellen van vragen.

b. Voorbeeld casussen worden in de les gegeven zodat de student weet wat er ongeveer verwacht wordt. De casus presentatie voor de klas duurt 20 minuten (groepjes van 3 (2-4)) per groep.  

c. labowerk

- Inleidende sessie met toelichting van de opdracht met aandacht voor de VGM-aspecten en plannen van de experimenten in teamverband

- Uitvoeren van experimenten in het laboratorium en verzamelen van gegevens

- Uitvoeren van de berekeningen en opstellen van het verslag

- Finale versie van het verslag inleveren

- Feedback ontvangen

d. excursie met de bus: ganse dag.