Un team di ricercatori ha sviluppato un portatile, metodo più ecologico per produrre perossido di idrogeno. Potrebbe consentire agli ospedali di effettuare la propria fornitura di disinfettante su richiesta e a costi inferiori.

Il lavoro, una collaborazione tra l'Università della California San Diego, Università della Columbia, Laboratorio nazionale di Brookhaven, l'Università di Cagliari, e l'Università della California, Irvine, è dettagliato in un articolo pubblicato su Comunicazioni sulla natura .

Il perossido di idrogeno ha recentemente fatto notizia poiché ricercatori e centri medici in tutto il paese hanno testato la sua fattibilità nella decontaminazione delle maschere N95 per far fronte alle carenze durante la pandemia di COVID-19.

Sebbene i risultati finora siano promettenti, alcuni ricercatori temono che la scarsa durata di conservazione della sostanza chimica possa rendere costosi tali sforzi di decontaminazione.

Il problema principale è che il perossido di idrogeno non è stabile; inizia a degradarsi in acqua e ossigeno anche prima che la bottiglia sia stata aperta. Si decompone ancora più rapidamente una volta esposto all'aria o alla luce.

"Forse hai solo un paio di mesi per usarlo prima che scada, quindi dovresti ordinare i lotti più frequentemente per mantenere una scorta fresca, ", ha detto il professore di nanoingegneria della UC San Diego Zheng Chen. "E poiché si decompone così rapidamente, la spedizione e la conservazione diventano molto costose."

Chen e colleghi hanno sviluppato un rapido, metodo semplice ed economico per generare perossido di idrogeno in casa utilizzando solo una piccola borraccia, aria, un elettrolita in commercio, un catalizzatore ed elettricità.

"Il nostro obiettivo è creare una configurazione portatile che possa essere semplicemente collegata in modo che gli ospedali, e anche le famiglie, avere un modo per generare perossido di idrogeno su richiesta, " Chen ha detto. "Non c'è bisogno di spedirlo, non c'è bisogno di conservarlo, e nessuna fretta di usarlo tutto prima che scada. Ciò potrebbe far risparmiare fino al 50-70% sui costi".

Un altro vantaggio è che il metodo è meno tossico dei processi industriali.

Il metodo si basa su una reazione chimica in cui una molecola di ossigeno si combina con due elettroni e due protoni in una soluzione elettrolitica acida per produrre perossido di idrogeno. Questo tipo di reazione è nota come reazione di riduzione dell'ossigeno a due elettroni, ed è facile da usare perché può produrre perossido di idrogeno diluito con la concentrazione desiderata su richiesta. "Nel passaggio successivo, svilupperemo elettrocatalizzatori adatti ad altre soluzioni elettrolitiche per aumentare ulteriormente la gamma delle sue applicazioni, ", ha affermato Qiaowan Chang, studente laureato in ingegneria chimica della UC San Diego.

La chiave per realizzare questa reazione è un catalizzatore speciale sviluppato dal team. È costituito da nanotubi di carbonio parzialmente ossidati, significa che gli atomi di ossigeno sono stati attaccati alla superficie. Gli atomi di ossigeno sono legati a minuscoli grappoli di tre o quattro atomi di palladio. Questi legami tra i cluster di palladio e gli atomi di ossigeno sono ciò che consente alla reazione di avvenire con un'elevata selettività e attività grazie alla sua energia di legame ottimale dell'intermedio chiave durante la reazione.

Jingguang Chen, professore di ingegneria chimica della Columbia University, ha dichiarato:"Il coordinamento tra il cluster di Pd modificato con ossigeno e i gruppi funzionali contenenti ossigeno sui nanotubi di carbonio è la chiave per migliorare le sue prestazioni catalitiche".

Il team ha originariamente sviluppato questo metodo per rendere più ecologici i processi di riciclaggio delle batterie. Il perossido di idrogeno è una delle sostanze chimiche utilizzate per estrarre e recuperare metalli come il rame, nichel, cobalto e magnesio da batterie agli ioni di litio usate. Allo stesso modo, rende inoltre più efficiente l'attivazione delle molecole di idrocarburi, che è un passaggio critico in molti processi chimici industriali.

"Abbiamo lavorato a questo progetto per circa un anno e mezzo. Mentre stavamo concludendo le cose, la pandemia di COVID-19 ha colpito, " Ha detto Chen. Vedere le notizie sull'uso del vapore di perossido di idrogeno per disinfettare le maschere N95 per il riutilizzo ha motivato il team a orientare le direzioni.

"Abbiamo visto che c'era un bisogno più urgente di sforzi per aiutare gli operatori sanitari che potrebbero non avere una protezione sufficiente mentre si prendono cura dei pazienti affetti dal nuovo coronavirus, " Egli ha detto.

Il lavoro è in fase di proof-of-concept. Andando avanti, il team lavorerà per ottimizzare e ampliare il metodo per un potenziale utilizzo negli ospedali. Gli studi futuri includono la modifica del metodo in modo che possa essere eseguito utilizzando un elettrolita neutro (fondamentalmente una soluzione salina) invece di uno acido, che sarebbe meglio per le applicazioni domestiche e cliniche, disse Chen. Parte di questo lavoro continuo è attualmente supportato dal Sustainable Power and Energy Center di UC San Diego.