Η νέα γλυκιά τεχνολογία κάνει την ξινή γεύση πιο πρακτική. googletag.cmd.push(function(){googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′);});
Μηχανικοί στο Πανεπιστήμιο Rice μετατρέπουν απευθείας το μονοξείδιο του άνθρακα σε οξικό οξύ (μια ευρέως χρησιμοποιούμενη χημική ουσία που δίνει στο ξίδι έντονη γεύση) μέσω ενός συνεχούς καταλυτικού αντιδραστήρα, ο οποίος μπορεί να χρησιμοποιήσει αποτελεσματικά ανανεώσιμη ηλεκτρική ενέργεια για την παραγωγή προϊόντων υψηλής καθαρότητας.
Η ηλεκτροχημική διαδικασία στο εργαστήριο χημικών και βιομοριακών μηχανικών στη Σχολή Μηχανικών Brown του Πανεπιστημίου Rice έχει λύσει το πρόβλημα προηγούμενων προσπαθειών αναγωγής του μονοξειδίου του άνθρακα (CO) σε οξικό οξύ. Αυτές οι διαδικασίες απαιτούν πρόσθετα βήματα για τον καθαρισμό του προϊόντος.
Ο φιλικός προς το περιβάλλον αντιδραστήρας χρησιμοποιεί νανοκυβικό χαλκό μεγέθους νανομέτρου ως κύριο καταλύτη και έναν μοναδικό στερεό ηλεκτρολύτη.
Σε 150 ώρες συνεχούς εργαστηριακής λειτουργίας, η περιεκτικότητα σε οξικό οξύ στο υδατικό διάλυμα που παρήχθη από αυτόν τον εξοπλισμό ήταν έως και 2%. Η καθαρότητα του όξινου συστατικού φτάνει το 98%, ποσοστό πολύ καλύτερο από το όξινο συστατικό που παρήχθη από τις πρώτες προσπάθειες καταλυτικής μετατροπής του μονοξειδίου του άνθρακα σε υγρό καύσιμο.
Το οξικό οξύ χρησιμοποιείται ως συντηρητικό σε ιατρικές εφαρμογές μαζί με ξίδι και άλλα τρόφιμα. Χρησιμοποιείται ως διαλύτης για μελάνια, χρώματα και επιστρώσεις. Στην παραγωγή οξικού βινυλίου, το οξικό βινύλιο είναι ο πρόδρομος της συνηθισμένης λευκής κόλλας.
Η διαδικασία Rice βασίζεται σε έναν αντιδραστήρα στο εργαστήριο του Wang και παράγει μυρμηκικό οξύ από διοξείδιο του άνθρακα (CO2). Αυτή η έρευνα έθεσε σημαντικά θεμέλια για τον Wang (πρόσφατα διορισμένο υπότροφο Packard), ο οποίος έλαβε επιχορήγηση 2 εκατομμυρίων δολαρίων από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών (NSF) για να συνεχίσει να διερευνά τρόπους μετατροπής των αερίων του θερμοκηπίου σε υγρά καύσιμα.
Ο Wang δήλωσε: «Αναβαθμίζουμε τα προϊόντα μας από μια χημική ουσία ενός ατόμου άνθρακα, το μυρμηκικό οξύ, σε μια χημική ουσία δύο ατόμων άνθρακα, κάτι που είναι πιο δύσκολο». «Οι άνθρωποι παραδοσιακά παράγουν οξικό οξύ σε υγρούς ηλεκτρολύτες, αλλά εξακολουθούν να έχουν κακή απόδοση και τα προϊόντα αποτελούν πρόβλημα διαχωρισμού ηλεκτρολυτών».
Ο Senftle πρόσθεσε: «Φυσικά, το οξικό οξύ συνήθως δεν συντίθεται από CO ή CO2». «Αυτό είναι το θέμα: απορροφούμε τα αέρια απόβλητα που θέλουμε να μειώσουμε και τα μετατρέπουμε σε χρήσιμα προϊόντα».
Πραγματοποιήθηκε προσεκτική σύζευξη μεταξύ του καταλύτη χαλκού και του στερεού ηλεκτρολύτη και ο στερεός ηλεκτρολύτης μεταφέρθηκε από τον αντιδραστήρα μυρμηκικού οξέος. Ο Wang δήλωσε: «Μερικές φορές ο χαλκός παράγει χημικές ουσίες μέσω δύο διαφορετικών οδών». «Μπορεί να ανάγει το μονοξείδιο του άνθρακα σε οξικό οξύ και αλκοόλη. Σχεδιάσαμε έναν κύβο με μια επιφάνεια που μπορεί να ελέγχει τη σύζευξη άνθρακα-άνθρακα και τις άκρες του άνθρακα-άνθρακα. Η σύζευξη οδηγεί σε οξικό οξύ αντί για άλλα προϊόντα».
Το υπολογιστικό μοντέλο του Senftle και της ομάδας του βοήθησε στη βελτίωση του σχήματος του κύβου. Είπε: «Είμαστε σε θέση να δείξουμε τον τύπο των ακμών στον κύβο, οι οποίες είναι ουσιαστικά πιο κυματοειδείς επιφάνειες. Βοηθούν στη διάσπαση ορισμένων κλειδιών CO, έτσι ώστε το προϊόν να μπορεί να χειριστεί με τον έναν ή τον άλλον τρόπο». Περισσότερες θέσεις ακμών βοηθούν στη διάσπαση του σωστού δεσμού την κατάλληλη στιγμή.
Ο Senftler δήλωσε ότι το έργο αποτελεί μια καλή επίδειξη του πώς πρέπει να συνδέονται η θεωρία και το πείραμα. Είπε: «Από την ενσωμάτωση των εξαρτημάτων στον αντιδραστήρα μέχρι τον μηχανισμό σε ατομικό επίπεδο, αυτό είναι ένα καλό παράδειγμα πολλών επιπέδων μηχανικής». «Ταιριάζει στο θέμα της μοριακής νανοτεχνολογίας και δείχνει πώς μπορούμε να την επεκτείνουμε σε συσκευές του πραγματικού κόσμου».
Ο Wang είπε ότι το επόμενο βήμα στην ανάπτυξη ενός κλιμακωτού συστήματος είναι η βελτίωση της σταθερότητας του συστήματος και η περαιτέρω μείωση της ενέργειας που απαιτείται για τη διαδικασία.
Οι μεταπτυχιακοί φοιτητές του Πανεπιστημίου Rice, Zhu Peng, Liu Chunyan και Xia Chuan, είναι ο J. Evans Attwell-Welch, μεταδιδακτορικός ερευνητής, ο οποίος είναι ο κύριος υπεύθυνος για την εργασία.
Μπορείτε να είστε σίγουροι ότι το συντακτικό μας προσωπικό θα παρακολουθεί στενά κάθε σχόλιο που αποστέλλεται και θα λάβει τα κατάλληλα μέτρα. Η γνώμη σας είναι πολύ σημαντική για εμάς.
Η διεύθυνση email σας χρησιμοποιείται μόνο για να ενημερώσει τον παραλήπτη ποιος έστειλε το email. Ούτε η διεύθυνσή σας ούτε η διεύθυνση του παραλήπτη θα χρησιμοποιηθούν για κανέναν άλλο σκοπό. Οι πληροφορίες που εισάγετε θα εμφανιστούν στο email σας, αλλά το Phys.org δεν θα τις διατηρήσει σε καμία μορφή.
Στείλτε εβδομαδιαίες ή/και καθημερινές ενημερώσεις στα εισερχόμενά σας. Μπορείτε να διαγραφείτε ανά πάσα στιγμή και δεν θα κοινοποιήσουμε ποτέ τα στοιχεία σας σε τρίτους.
Αυτός ο ιστότοπος χρησιμοποιεί cookies για να βοηθήσει στην πλοήγηση, να αναλύσει τη χρήση των υπηρεσιών μας από εσάς και να παρέχει περιεχόμενο από τρίτους. Χρησιμοποιώντας τον ιστότοπό μας, επιβεβαιώνετε ότι έχετε διαβάσει και κατανοήσει την πολιτική απορρήτου και τους όρους χρήσης μας.