La producción de peróxido de hidrógeno puede ser mucho más segura y simple a través de un proceso desarrollado en la Universidad de Rice.
Un reactor desarrollado por Haotian Wang y sus colegas en la Escuela de Ingeniería Brown de Rice solo requiere aire, agua y electricidad para producir el valioso químico en la concentración deseada y alta pureza.
Su proceso de electrosíntesis, detallado en ciencia , utiliza un catalizador a base de nanopartículas de carbono oxidado y podría permitir la producción en el punto de uso de soluciones de peróxido de hidrógeno puro, eliminando la necesidad de transportar el producto químico concentrado, que es peligroso.
Al usar un electrolito sólido en lugar del electrolito líquido tradicional, también elimina la necesidad de separación del producto o purificación utilizada en los procesos actuales, por lo que no se involucrarán iones contaminantes.
"Si tenemos electricidad de un panel solar, literalmente podemos obtener peróxido de hidrógeno de la luz solar, el aire y el agua", dijo Wang. "No necesitamos involucrar el consumo de compuestos orgánicos o combustibles fósiles. Síntesis de peróxido de hidrógeno por tradicional,enormes plantas de ingeniería química generan desechos orgánicos, consumen combustibles fósiles y emiten dióxido de carbono. Lo que estamos haciendo es síntesis verde ".
El peróxido de hidrógeno se usa ampliamente como antiséptico, detergente, en cosméticos, como agente blanqueador y en purificación de agua, entre muchas otras aplicaciones. El compuesto se produce en concentraciones industriales de hasta 60% de solución con agua, pero en muchasusos comunes, la solución está mucho más diluida.
"El peróxido de hidrógeno industrial debe transportarse en altas concentraciones para maximizar la economía", dijo Wang.
"El transporte es peligroso y costoso porque el compuesto concentrado es inestable. El peróxido de hidrógeno también se degrada con el tiempo y debe almacenarse una vez que llega a su destino.
"Nuestra tecnología deslocaliza la producción de peróxido de hidrógeno", dijo. "A medida que la entrada de electricidad renovable se vuelve más barata, el aire es gratis y el agua también es barata, nuestro producto debe ser competitivo en términos de precio".
"En lugar de almacenar contenedores de peróxido de hidrógeno, los hospitales que lo usan como desinfectante podrían abrir una espita en el futuro y obtener, por ejemplo, una solución al 3% a pedido", dijo Wang. "En lugar de almacenar productos químicos para desinfectaragua de la piscina, los propietarios pueden encender un interruptor y encender el reactor para limpiar sus piscinas "
El reactor de Rice es algo similar a una celda de combustible, con electrodos a cada lado para procesar hidrógeno o agua y oxígeno del aire, alimentándolos a catalizadores en dos electrodos intercalando un electrolito sólido poroso iónicamente conductor.
"Una celda de combustible minimiza la producción de peróxido de hidrógeno para producir solo agua con una eficiencia energética maximizada", dijo el investigador postdoctoral de Rice y autor principal Chuan Xia. "En nuestro caso, queremos maximizar el peróxido de hidrógeno en su lugar, y hemos ajustado nuestro catalizadorpara hacerlo "
El catalizador de negro de humo de bajo costo, colocado en un electrolito sólido y oxidado para mejorar su reactividad, desplaza la vía de reducción de oxígeno hacia el químico deseado a las tasas y concentraciones determinadas por el voltaje aplicado, el suministro de aire y agua y un suministro constante deagua desionizada. La reacción tiene lugar a temperaturas y presiones ambientales.
El coautor principal Yang Xia, un estudiante graduado de segundo año en el laboratorio Wang, dijo que el catalizador demostró ser lo suficientemente robusto como para sintetizar una solución pura de peróxido de hidrógeno al 1% en peso durante 100 horas continuas en el laboratorio con una degradación insignificante.
Wang dijo que el laboratorio planea diseñar reactores más grandes y componentes plug-and-play con miras a realizar pruebas con socios industriales. Él ve una gran promesa para aplicaciones a escala industrial como los sistemas municipales de purificación de agua. El laboratorio Rice ha probado concentraciones bajasde su producto en el agua de lluvia del campus y demostró su capacidad para eliminar contaminantes orgánicos de carbono.
"Hay tantas aplicaciones potenciales", dijo. "Antes de esto, la síntesis electroquímica del peróxido de hidrógeno estaba limitada por su proceso de separación o purificación del producto, pero hemos resuelto la gran barrera para las aplicaciones prácticas".
Peng Zhu, estudiante de posgrado de Rice, y Lei Fan, visitante académico, son coautores del artículo. Wang es el presidente del consejo de administración de William Marsh Rice, profesor asistente de ingeniería química y biomolecular y becario global CIFAR Azrieli 2019.
La Universidad de Rice y la Beca Postdoctoral J. Evans Attwell-Welch proporcionada por el Instituto Smalley-Curl apoyaron la investigación.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Original escrito por Mike Williams. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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