تولید پراکسید هیدروژن از هوا با کمک نانوحفره

کیم جونگ-مین، محقق ارشد مرکز تحقیقات مواد پیشرفته در مؤسسه علم و فناوری کره (KIST)، به همراه هان سانگ-سو، محقق ارشد مرکز تحقیقات علوم محاسباتی، اعلام کردند که به همراه پژوهشگرانی از مؤسسه علوم پایه کره (KBSI)، کاتالیزوری توسعه داده‌اند که می‌تواند اکسیژن موجود در هوا را به پراکسید هیدروژن تبدیل کند.

به گزارش بیز چوسان، پراکسید هیدروژن یکی از ۱۰۰ ماده شیمیایی صنعتی پرکاربرد در جهان است که در زمینه‌های مختلف استفاده می‌شود. در حال حاضر، این ماده عمدتاً از طریق فرایند آنتراکینون تولید می‌شود که دارای مشکلاتی از جمله مصرف بالای انرژی، استفاده از کاتالیزور‌های گران‌قیمت پالادیومی و آلودگی محیط‌زیست به دلیل تولید محصولات جانبی است.

اخیراً، روش سازگار با محیط‌زیستی که از کاتالیزور‌های ارزان‌قیمت کربنی برای احیاء الکتروشیمیایی اکسیژن و تولید پراکسید هیدروژن استفاده می‌کند، مورد توجه قرار گرفته است. اما این روش محدودیت‌هایی دارد، از جمله:

نیاز به تزریق اکسیژن خالص با خلوص بالا که هزینه‌بر است.

تولید پراکسید هیدروژن عمدتاً در محیط الکترولیت قلیایی ناپایدار اتفاق می‌افتد.

تیم تحقیقاتی KIST برای حل این مشکلات، مزوحفره‌ها را به کاتالیزور کربنی اضافه کردند. مزوحفره‌ها به منافذی گفته می‌شود که اندازه‌ای بین ۲ تا ۵۰ نانومتر دارند. این ساختار‌ها نقش مهمی در افزایش سطح تماس مواد و بهبود حرکت مولکولی درون مواد ایفا می‌کنند.

محققان کربن دوپ‌شده با بور و دارای مزوحفره‌هایی با اندازه حدود ۲۰ نانومتر را با استفاده از واکنش دی‌اکسید کربن (گاز گلخانه‌ای) و سدیم بوروهیدرید (یک عامل احیاءکننده قوی) سنتز کردند. سپس، ذرات کربنات کلسیم را به‌طور انتخابی حذف کردند تا کاتالیزور نهایی ساخته شود.

نتایج نشان داد که سطح پیچیده‌ای که با مزوحفره‌ها ایجاد شده، عملکرد کاتالیزوری فوق‌العاده‌ای دارد. این کاتالیزور حتی در محیط‌های خنثی که معمولاً تولید پراکسید هیدروژن در آنها دشوار است، بازده بالایی دارد.

این تیم تحقیقاتی اعلام کرد که استفاده از این کاتالیزور کربنی دوپ‌شده با بور در راکتور تولید انبوه پراکسید هیدروژن می‌تواند به بازده تولیدی بیش از ۸۰٪ برسد که به استاندارد‌های تجاری‌سازی نزدیک است.

همچنین، این روش توانست محلول پراکسید هیدروژن با غلظت ۳.۶٪ تولید کند که حتی از غلظت ۳٪ مورد استفاده در پزشکی بیشتر است.

با این حال، برای تجاری‌سازی این فناوری، لازم است یک سیستم واکنش الکتروشیمیایی در مقیاس بزرگ توسعه یابد. پژوهشگران قصد دارند تحقیقات بیشتری در زمینه توسعه مواد و سیستم‌های تولید صنعتی انجام دهند.

کیم جونگ-مین اظهار داشت: «فناوری کاتالیزور کربنی مزوحفره‌ای که از اکسیژن موجود در هوای اطراف ما برای تولید پراکسید هیدروژن در محیط‌های خنثی استفاده می‌کند، نسبت به کاتالیزور‌های موجود کاربردی‌تر است و مسیر تجاری‌سازی را سرعت می‌بخشد.»

این روش می‌تواند راه را برای تولید صنعتی پایدار و کم‌هزینه‌تر پراکسید هیدروژن هموار کند، که تأثیرات مثبتی بر محیط زیست و صنایع مختلف خواهد داشت.

انتهای پیام/