Новая сладкая технология делает кислый вкус более практичным. googletag.cmd.push(function(){googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′);});
Инженеры из Университета Райса напрямую преобразуют оксид углерода в уксусную кислоту (широко используемое химическое вещество, придающее уксусу сильный вкус) с помощью непрерывного каталитического реактора, который может эффективно использовать возобновляемую электроэнергию для производства высокоочищенных продуктов.
Электрохимический процесс, разработанный в лаборатории инженеров-химиков и биомолекулярных инженеров в Инженерной школе Брауна при Университете Райса, позволил решить проблему, ранее возникавшую при попытках восстановления монооксида углерода (CO) до уксусной кислоты. Эти процессы требуют дополнительных этапов очистки продукта.
В этом экологически чистом реакторе в качестве основного катализатора используется кубическая медь нанометрового размера, а также уникальный твердый электролит.
За 150 часов непрерывной работы в лаборатории содержание уксусной кислоты в водном растворе, полученном с помощью этого оборудования, достигало 2%. Чистота кислотного компонента составляет 98%, что значительно лучше, чем у кислотного компонента, получаемого в ходе ранних попыток каталитического превращения монооксида углерода в жидкое топливо.
Уксусная кислота используется в медицине в качестве консерванта наряду с уксусом и другими продуктами питания. Она применяется в качестве растворителя для чернил, красок и покрытий; при производстве винилацетата винилацетат является предшественником обычного белого клея.
Процесс Райса основан на реакторе в лаборатории Вана и производит муравьиную кислоту из углекислого газа (CO2). Это исследование заложило важную основу для Вана (недавно назначенного стипендиатом Паккарда), который получил грант Национального научного фонда (NSF) в размере 2 миллионов долларов для продолжения изучения способов преобразования парниковых газов в жидкое топливо.
Ван сказал: «Мы модернизируем нашу продукцию, переходя от одноуглеродного химического вещества — муравьиной кислоты — к двухуглеродному, что является более сложной задачей». «Традиционно уксусную кислоту производят в жидких электролитах, но она по-прежнему имеет низкую эффективность, и у продукции есть проблема с расслоением электролита».
Сенфтл добавил: «Конечно, уксусная кислота обычно не синтезируется из CO или CO2». «В этом и суть: мы поглощаем отработанный газ, который хотим сократить, и превращаем его в полезные продукты».
Было проведено тщательное соединение между медным катализатором и твердым электролитом, а твердый электролит был перенесен из реактора с муравьиной кислотой. Ван сказал: «Иногда медь производит химические вещества двумя разными путями». «Она может восстанавливать монооксид углерода до уксусной кислоты и спирта. Мы разработали куб с гранью, которая позволяет контролировать соединение углерод-углерод, и ребра этого соединения приводят к образованию уксусной кислоты, а не других продуктов».
Вычислительная модель, разработанная Сенфтлом и его командой, помогла уточнить форму куба. Он сказал: «Мы можем показать тип ребер на кубе, которые, по сути, представляют собой более гофрированные поверхности. Они помогают разорвать определенные связи CO, так что изделие можно обрабатывать тем или иным способом. Большее количество ребер помогает разорвать нужную связь в нужное время».
Сенфтлер заявил, что проект является хорошей демонстрацией того, как теория и эксперимент должны быть связаны. Он сказал: «От интеграции компонентов в реакторе до механизма на атомном уровне — это хороший пример многоуровневого инженерного подхода». «Он соответствует теме молекулярной нанотехнологии и показывает, как мы можем распространить ее на реальные устройства».
Ван сказал, что следующим шагом в разработке масштабируемой системы является повышение ее стабильности и дальнейшее снижение энергопотребления в процессе.
Главным ответственным за написание статьи является аспирант Университета Райса Чжу Пэн, Лю Чуньян и Ся Чуань, а также научный сотрудник Дж. Эванс Эттвелл-Уэлч.
Можете быть уверены, что наша редакционная команда будет внимательно отслеживать каждый полученный отзыв и принимать соответствующие меры. Ваше мнение очень важно для нас.
Ваш адрес электронной почты используется только для того, чтобы получатель знал, кто отправил письмо. Ни ваш адрес, ни адрес получателя не будут использоваться для каких-либо других целей. Введенная вами информация будет отображаться в вашем электронном письме, но Phys.org не будет хранить ее ни в каком виде.
Получайте еженедельные и/или ежедневные обновления на свою электронную почту. Вы можете отписаться в любое время, и мы никогда не будем передавать ваши данные третьим лицам.
Этот веб-сайт использует файлы cookie для облегчения навигации, анализа использования вами наших услуг и предоставления контента от третьих лиц. Используя наш веб-сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу политику конфиденциальности и условия использования.