Paslaptingas organinis nuosėdas skatina cheminės reakcijos efektyvumą. Išvados gali sumažinti gamybos poveikį aplinkai

Ilinojaus mokslininkai yra daugiainstitucinės komandos nariai. Tirpikliai spontaniškai reaguoja su metalinėmis nanodalelėmis, kad pagerėtų katalizatorių veikimas ir tuo pačiu susidarytų reaktyvūs kompleksai, siekiant sumažinti cheminių medžiagų poveikį aplinkai. Perspausdinta leidus D. Flaherty et al., Science 371: 6529 (2021). Kreditas: Grafinis mandagumas Alex Jerez, Vaizdo technologijos grupė – Beckmano institutas

Chemikalų gamintojai dažnai naudoja toksiškus tirpiklius tokiems produktams kaip alkoholiai ir benzenas, farmacijai ir plastikams gaminti. Mokslininkai tiria reiškinį, kuris anksčiau buvo užmirštas ir nesuprastas cheminėms reakcijoms, naudojamoms šiems produktams gaminti. Atlikus šį atradimą, naujas ir pagrindinis katalizinės chemijos supratimas yra pagrindas praktinėms reikmėms, kurios kada nors sugaiš mažiau chemijos produktų ir padarys aplinką protingesnę.

Žurnale „Science“ paskelbtas žurnalas, kurį vedė Ilinojaus universiteto (Minesotos universitetas) Urbano-Champaign tyrinėtojas Davidas Flaherty, „Twin Cities“ tyrėjas Matthew Neurockas ir „Virginia Tech“ technikas Aymanas Karimas.

Tirpiklių ir metalinių nanodalelių derinys pagreitina daugelį cheminių reakcijų ir padeda maksimaliai padidinti chemijos pramonės pelną ir pelno maržas. Tačiau mokslininkai teigė, kad daugelis tirpiklių yra toksiški ir juos sunku saugiai išmesti. Vanduo taip pat veikia, bet nėra toks efektyvus ar patikimas kaip organiniai tirpikliai. Manoma, kad skirtumo priežastis yra ribotas kai kurių reagentų tirpumas vandenyje. Tačiau daugybė eksperimentinių duomenų pažeidimų parodė, kad grupė ne iki galo suprato šių skirtumų priežastis.

Siekdama geriau suprasti procesą, komanda atliko eksperimentus, siekdama ištirti deguonies redukciją iki vandenilio peroksido – vieną rinkinį naudojo vandenį, kitą – metanoliu, o kitus – vandens ir metanolio mišiniais. Visuose eksperimentuose buvo naudojamos paladžio nanodalelės.

Paslaptingas organinis maistas UIUC tyrimų grupė

Abinaya Sampath, kairysis ir magistrantas Tomas Ricciardulli; chemijos ir biomolekulių inžinerijos profesorius Davidas Flaherty; ir Jasono Adamso magistrantai. Autorius: L. Briano Staufferio nuotr

„Atlikdami eksperimentus su metanoliu, matėme savaiminį organinių atliekų ar tirpiklio skaidymą, paliekantį likučius ant nanodalelių paviršiaus“, – sakė Ilinojaus valstijos chemijos ir biomolekulių inžinerijos profesorius Flaherty. „Kai kuriais atvejais į atliekas panašios atliekos prilimpa prie nanodalelių ir padidina reakcijos greitį bei susidariusio vandenilio peroksido kiekį, užuot trukdžiusios reakcijai. Jis paklausė mūsų, kaip tas pastebėjimas galėtų padėti “.

Grupė rado rūšis, kuriose yra atliekų arba paviršiaus redoksų tarpinių medžiagų, kuriose yra deguonies, įskaitant pagrindinį hidroksimetilo komponentą. Pagal šį tyrimą paladis kaupiasi ant nanodalelių paviršiaus ir atveria naujus cheminių reakcijų kelius.

„Susiformavęs likutis tampa katalizinio ciklo dalimi ir tikriausiai yra atsakingas už skirtingą tirpiklių efektyvumą, apie kurį pranešta atliekant reakcijos darbus per pastaruosius 40 metų“, – sakė Flaherty. “Mūsų darbas pateikia tvirtų įrodymų, kad šie paviršinio redokso tarpiniai produktai susidaro tirpiuose alkoholiuose ir gali paaiškinti daugelį šios cheminės medžiagos praeities paslapčių.”

Dirbdama su kelių tipų eksperimentais ir skaičiavimo modeliavimais, komanda sužinojo, kad šie redokso tarpiniai produktai protonus ir elektronus efektyviai perneša į reaktyviuosius režimus, o gryno vandens reakcijos lengvai perduoda protonus, bet ne elektronus. Šie mediatoriai taip pat keičia nanodalelių paviršių taip, kad sumažėtų energijos barjeras, kurį reikia įveikti, norint įveikti protonų ir elektronų perdavimą, pranešama tyrime.

“Mes parodome, kad alkoholio tirpikliai ir organiniai priedai gali reaguoti formuodami su metalais susijusius paviršiaus tarpinius produktus, kaip ir fermentiniai kofaktoriai mūsų kūne veikia katalizuodami oksidacijos ir redukcijos reakcijas”, – sakė Neurockas.

Be to, šis darbas gali turėti įtakos mažinant chemijos pramonėje naudojamų tirpiklių ir atliekų kiekį.

“Mūsų tyrimai rodo, kad kai kuriose situacijose cheminių medžiagų gamintojai gali sukurti paviršiaus redoksinius tarpinius produktus, pridedant nedidelius gryno vandens priedus per šiuos reaktorius, užuot pumpavus tūkstančius galonų organinio tirpiklio”, – sakė Flaherty.

Nuoroda: „Tirpiklio molekulės formuoja paviršinius redoksinius tarpinius produktus in situ ir sumažina deguonies kiekį Pd“ Jason S. Adams, Ashwin Chemburkar, Pranjali Priyadarshini, Tomas Ricciardulli, Yubing Lu, Vineet Maliekkal, Abinaya Sampath, Stuart Winikoff, Ayman M. Karim, Matthew Neurock ir Davidas W. Flaherty, 2020 m. vasario 5 d., Mokslas.
DOI: 10.1126 / mokslas.abc1339

Energetikos ir biomokslų institutas palaikė šį tyrimą per EBI-Shell programą ir Nacionalinį mokslo fondą.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Eksperimentas atskleidžia naujas sinchroninių šviesos šaltinių galimybes.

Iliustracija, rodanti, kaip elektronų moduliacija lazeriu buvo panaudota kuriant lazerio šviesą skleidžiančias mikrobangas. Kreditas: Tsinghua universitetas. Tarptautinė komanda, atlikdama jaudinančius eksperimentus, parodė, kaip įvairios yra...

Kaip sumažinti kūno temperatūrą, gali padėti 10% pacientų, kuriems skiriamas didelis dėmesys

Šiame brėžinyje aprašytas tepalas (oranžinis ir geltonas), kuris yra molekulinis sluoksnis oro sąsajoje ir kvėpavimui reikalingas skystis plaučiuose. Naujausi tyrimai parodė, kad terminio...

Apšviesti saulės banguoti langai gamina energiją iš vidaus

Ryžių universiteto inžinieriai sukūrė ir pastatė langus, kurie saulės šviesą ar apšvietimą iš vidaus paverčia periferinėmis kraujo ląstelėmis. Centrinis sluoksnis yra kompozicinis polimeras,...

Gyvenimo ant koralų rifų gausa buvo nuostabi nuo Charleso Darwino laikų – nauji tyrimai pateikia atsakymus

Planktonu maitinančios žuvys dažnai dominuoja vandenynų koralinių rifų žuvų kolekcijoje. Kreditas: Dr. Christina Skinner Tyrimas parodė, kad atviruose vandenynų vandenyse, kurie kažkada buvo...

Egipto mumijos mumijos „Purvo karapasas“ neregėtas gydymas – neteisingo pateikimo atvejis

Kiekvienas mumifikuotas ir uždarytas Sidnėjaus universiteto Chau Chak Wing muziejaus Nicholson kolekcijoje. A. Mumifikuotas asmuo, dabar saugojimui dėvintis rankas, BMR. 27.3. B....

Newsletter

Subscribe to stay updated.