افزایش کارایی واکنش شیمیایی با تفاله های آلی اسرارآمیز

ترکیب حلالها و نانوذرات فلزی چگونه باعث افزایش کاریی واکنش شیمیایی میشود؟
 

ترکیب حلالها و نانوذرات فلزی (Composition of solvents and metal nanoparticles ) راهی است که به تازگی توسط دانشمندان کشف شده است. در این فرایند کارایی واکنش شیمیایی افزایش یافته و ضرر کمتری برای محیط زیست نیز خواهد داشت. در این خبر از جزییات این طرح می خوانید.

 تولیدکنندگان مواد شیمیایی غالباً از حلالهای سمی مانند الکلها و بنزن برای تولید محصولاتی مانند داروها و پلاستیک ها استفاده می کنند. محققان در حال بررسی پدیده ای هستند که قبلاً در واکنش های شیمیایی مورد استفاده برای ساخت این محصولات نادیده گرفته شده است. این کشف درک بنیادی جدیدی از شیمی کاتالیزوری در کاربردهای عملی دارد که می تواند روزی تولید مواد شیمیایی را بیهوده هدر داده و از نظر محیط زیست سالم تر کند.

ترکیب حلالها و نانوذرات فلزی بسیاری از واکنشهای شیمیایی را تسریع می کند و به حداکثر عملکرد و حاشیه سود برای صنایع شیمیایی کمک می کند. محققان گفتند ، با این حال ، بسیاری از حلال ها سمی هستند و دفع ایمن آنها دشوار است.

آب نیز کار می کند ، اما تقریباً به اندازه حلال های آلی کارآمد و قابل اطمینان نیست. تصور می شد که دلیل این اختلاف ، حلالیت محدود برخی از واکنش دهنده ها در آب است. با این حال ، بی نظمی های متعدد در داده های آزمایشی ، تیم را وادار کرده است که به دلایل این اختلافات کاملاً درک نشده باشد.

مرتبط:

مروری بر کاربرد حلال یوتکتیک عمیق آبگریز (مقاوم در برابر آب) یا DES

اعتیاد بر اثر استنشاق حلال های شیمیایی

درک بهتر روند این فرایند

برای درک بهتر روند ، تیم آزمایشاتی را برای تجزیه و تحلیل کاهش اکسیژن به پراکسید هیدروژن انجام داد - یک مجموعه با استفاده از آب ، دیگری با متانول و دیگران با مخلوط آب و متانول. در همه آزمایشات از نانوذرات پالادیوم استفاده شده است.

فلاهرتی ، استاد مهندسی شیمی و مهندسی بیومولکول در ایلینوی می گوید: "در آزمایش های انجام شده با متانول ، ما شاهد تجزیه خود به خودی حلال هستیم كه پس از آن یك باقیمانده آلی یا كفاله روی سطح نانوذرات باقی می ماند." "در بعضی موارد ، بقایای شبیه کفگیر به نانوذرات می چسبد و سرعت واکنش و مقدار پراکسید هیدروژن تشکیل شده به جای جلوگیری از واکنش را افزایش می دهد. این مشاهدات ما را وادار کرد که چگونه می تواند کمک کننده باشد."

تیم تحقیق دریافتند که باقیمانده یا واسطه اکسایش سطحی ، گونه های حاوی اکسیژن از جمله یک جز اصلی هیدروکسی متیل را در خود جای داده است. این گزارش بر روی سطح نانوذرات پالادیوم تجمع یافته و مسیرهای جدید واکنش شیمیایی را باز می کند.

فلاهرتی گفت: "پس از تشکیل ، پسماند بخشی از چرخه کاتالیزوری می شود و احتمالاً مسئول برخی از بازده های مختلف در بین حلال هایی است که طی 40 سال گذشته کار بر روی این واکنش گزارش شده است." "کار ما شواهد محکمی فراهم می کند که این واسطه های کاهش اکسیداسیون سطحی در حلالهای الکل تشکیل می شوند و ممکن است بسیاری از اسرار گذشته این شیمی را توضیح دهند."

این تیم با کار بر روی انواع مختلف آزمایش ها و شبیه سازی های محاسباتی دریافت که این واسطه های ردوکس به طور موثر پروتون ها و الکترون ها را به واکنش دهنده ها منتقل می کنند ، در حالی که واکنش های موجود در آب خالص پروتون ها را به راحتی منتقل می کنند ، اما الکترون ها را نیز انتقال نمی دهد. این واسطه ها همچنین سطح نانوذرات را به گونه ای تغییر می دهند که مانع انرژی برای انتقال پروتون و الکترون را کاهش دهد.

نوروك گفت: "ما نشان می دهیم كه حلالهای الكل و همچنین افزودنیهای آلی می توانند برای ایجاد واسطه های سطح متصل به فلز واکنش دهند كه كاملاً به همان روشی عمل می كنند كه كوفاكتورهای آنزیمی موجود در بدن ما در كاتالیز كردن واکنشهای اکسیداسیون و احیا عمل می کنند."

علاوه بر این ، این کار ممکن است پیامدهایی در کاهش مقادیر حلال استفاده شده و ضایعات تولید شده در صنایع شیمیایی داشته باشد.

فلاهرتی گفت: "تحقیقات ما نشان می دهد برای برخی شرایط ، تولیدكنندگان مواد شیمیایی می توانند به جای پمپاژ هزاران گالن حلال آلی از طریق این راكتورها ، با افزودن مقدار كم ماده افزودنی به آب خالص ، واسطه های ردوكس سطح را ایجاد كنند ."

منبع:

https://phys.org/