Un'immagine al microscopio elettronico mostra nanocubi di rame utilizzati dagli ingegneri della Rice University per catalizzare la trasformazione del monossido di carbonio in acido acetico. Credito:Wang Group/Senftle Group/Rice University
Un nuovo dolce processo sta rendendo l'acido più pratico.
Gli ingegneri della Rice University stanno trasformando il monossido di carbonio direttamente in acido acetico, l'agente chimico ampiamente utilizzato che conferisce all'aceto il suo sapore, con un reattore catalitico continuo che può utilizzare l'elettricità rinnovabile in modo efficiente per ottenere un prodotto altamente purificato.
Il processo elettrochimico dei laboratori degli ingegneri chimici e biomolecolari Haotian Wang e Thomas Senftle della Brown School of Engineering di Rice risolve i problemi con i precedenti tentativi di ridurre il monossido di carbonio (CO) in acido acetico. Questi processi richiedevano passaggi aggiuntivi per purificare il prodotto.
Il reattore ecologico utilizza cubi di rame su scala nanometrica come catalizzatore primario insieme a un elettrolita a stato solido unico.
In 150 ore di funzionamento continuo di laboratorio, il dispositivo ha prodotto una soluzione che conteneva fino al 2% di acido acetico in acqua. La componente acida era pura fino al 98%, di gran lunga migliore di quella prodotta dai precedenti tentativi di catalizzare la CO in combustibile liquido.
I dettagli vengono visualizzati nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze.
Insieme all'aceto e ad altri alimenti, l'acido acetico è usato come antisettico nelle applicazioni mediche; come solvente per inchiostro, vernici e rivestimenti; e nella produzione di acetato di vinile, un precursore della comune colla bianca.
Gli ingegneri della Rice University hanno sviluppato un reattore per produrre acido acetico liquido direttamente dal monossido di carbonio. Il reattore utilizza un catalizzatore di nanocubi di rame e un elettrolita allo stato solido. Credito:illustrazione di Peng Zhu/Rice University
Il processo del riso si basa sul reattore del laboratorio Wang per produrre acido formico dall'anidride carbonica (CO 2 ). Quella ricerca ha stabilito una base importante per Wang, recentemente nominato Packard Fellow, vincere una sovvenzione da 2 milioni di dollari della National Science Foundation (NSF) per continuare a esplorare la conversione dei gas serra in combustibili liquidi.
"Stiamo aggiornando il prodotto da una sostanza chimica a un carbonio, l'acido formico, a due atomi di carbonio, che è più impegnativo, " Wang ha detto. "Le persone producono tradizionalmente acido acetico in elettroliti liquidi, ma hanno ancora il problema delle basse prestazioni e della separazione del prodotto dall'elettrolita."
"L'acido acetico in genere non è sintetizzato, Certo, da CO o CO 2 , Senftle ha aggiunto. "Questa è la chiave qui:stiamo prendendo i gas di scarico che vogliamo mitigare e trasformandoli in un prodotto utile".
È stato necessario un attento accoppiamento tra il catalizzatore di rame e l'elettrolita solido, quest'ultimo portato dal reattore dell'acido formico. "A volte il rame produce sostanze chimiche lungo due percorsi diversi, " Wang ha detto. "Può ridurre la CO in acido acetico e alcoli. Abbiamo progettato cubi di rame dominati da una sfaccettatura che può aiutare questo accoppiamento carbonio-carbonio, con bordi che dirigono l'accoppiamento carbonio-carbonio verso l'acido acetico invece di altri prodotti."
I modelli computazionali di Senftle e del suo team hanno contribuito a perfezionare il fattore di forma dei cubi. "Siamo stati in grado di mostrare che ci sono tipi di spigoli sul cubo, superfici sostanzialmente più ondulate, che facilitano la rottura di certi legami C-O che guidano i prodotti in un modo o nell'altro, " ha detto. "Avere più siti edge favorisce la rottura dei legami giusti al momento giusto".
Senftle ha affermato che il progetto è stata una grande dimostrazione di come la teoria e l'esperimento dovrebbero intrecciarsi. "È un bell'esempio di ingegneria a molti livelli, dall'integrazione dei componenti in un reattore fino al meccanismo a livello atomistico, " ha detto. "Si adatta ai temi della nanotecnologia molecolare, mostrando come possiamo scalarlo fino ai dispositivi del mondo reale."
Il prossimo passo nello sviluppo di un sistema scalabile è migliorare la stabilità del sistema e ridurre ulteriormente la quantità di energia richiesta dal processo, ha detto Wang.
Studenti laureati in riso Peng Zhu e Chun-Yen Liu e Chuan Xia, il J. Evans Attwell-Welch Postdoctoral Fellow, sono co-autori del documento.
