Ang misteryosong organikong basura ay nagdaragdag ng kahusayan ng reaksyong kemikal – ang pagtuklas ay maaaring mabawasan ang epekto ng produksyon sa kapaligiran

Ang mga mananaliksik ng Illinois ay bahagi ng isang koponan ng multi-institusyonal na natagpuan na ang mga solvents ay kusang gumanti sa mga nanoparticle ng metal upang makabuo ng mga reaktibo na kumplikadong maaaring mapabuti ang pagganap ng katalista habang binabawasan ang epekto sa kapaligiran ng produksyon ng kemikal. Muling nai-print na may pahintulot ni D. Flaherty et al., Science 371: 6529 (2021). Kredito: Mga grapiko sa kabutihang loob ni Alex Jerez, Imaging Technology Group – Beckman Institute

Ang mga tagagawa ng kemikal ay madalas na gumagamit ng mga nakakalason na solvent, tulad ng mga alkohol at benzene, upang makagawa ng mga produkto tulad ng mga parmasyutiko at plastik. Inaalam ng mga mananaliksik ang dating hindi napapansin at hindi naintindihang kababalaghan ng mga reaksyong kemikal na ginamit sa paggawa ng mga produktong ito. Ang pagtuklas na ito ay nagdudulot ng isang bagong pangunahing pag-unawa sa catalytic chemistry at isang stepping stone sa mga praktikal na aplikasyon, salamat kung saan ang paggawa ng kemikal ay maaaring isang araw ay hindi gaanong ekonomiya at mas magiliw sa kapaligiran.

Ang pag-aaral, na pinangunahan ng mananaliksik ng University of Illinois Urbana-Champaign na si David Flaherty, University of Minnesota, researcher ng Twin Cities na si Matthew Neurock, at ang mananaliksik ng Virginia Tech na si Ayman Karim, ay nai-publish sa journal Science.

Ang kumbinasyon ng mga solvents at metal nanoparticle ay nagpapabilis sa maraming mga reaksyong kemikal at tumutulong na mapakinabangan ang ani at mga margin ng kita para sa industriya ng kemikal. Gayunpaman, maraming mga solvents ang nakakalason at mahirap itapon nang ligtas, sinabi ng mga mananaliksik. Gumagana rin ang tubig, ngunit hindi ito halos epektibo o maaasahan tulad ng mga organikong solvents. Ang dahilan para sa pagkakaiba ay ang ideya ng limitadong solubility ng ilang mga reactant sa tubig. Gayunpaman, maraming mga pagkakaiba sa pang-eksperimentong data ang humantong sa koponan na mapagtanto na ang mga kadahilanan para sa mga pagkakaiba na ito ay hindi ganap na naintindihan.

Upang mas maunawaan ang proseso, ang koponan ay nagsagawa ng mga eksperimento upang pag-aralan ang pagbawas ng oxygen sa hydrogen peroxide – isang hanay na gumagamit ng tubig, ang isa ay may methanol, at isa pa na may mga mixture na tubig at methanol. Ang lahat ng mga eksperimento ay ginamit ang mga palladium nanoparticle.

Misteryosong pangkat ng pagsasaliksik UIUC Organic Scum

Ang mga mag-aaral na postgraduate na si Abinaya Sampath, kaliwa, at si Tomas Ricciardulli; Propesor ng Kemikal at Biomolecular Engineering na si David Flaherty; at nagtapos na mag-aaral na si Jason Adams. Kredito: Larawan ni L. Brian Stauffer

“Sa mga eksperimento sa methanol, napagmasdan namin ang kusang pagkabulok ng solvent, na nag-iiwan ng isang labi ng dumi o dumi sa ibabaw ng mga nanoparticle,” sabi ni Flaherty, isang propesor ng engineering ng kemikal at biomolecular sa Illinois. “Sa ilang mga kaso, ang mga labi na tulad ng ilalim ay sumusunod sa mga nanoparticle at pinapataas ang mga rate ng reaksyon at ang dami ng nabuo na hydrogen peroxide sa halip na hadlangan ang reaksyon.” Ang pagmamasid na ito ay nagpapaisip sa amin kung paano ito makakatulong. “

Natuklasan ng koponan na ang nalalabi o nasa ibabaw na redox mediator, mga species na naglalaman ng oxygen, kabilang ang pangunahing sangkap ng hydroxymethyl. Naipon ito sa ibabaw ng palladium nanoparticles at nagbubukas ng mga bagong landas para sa mga reaksyong kemikal, sinabi ng mga pag-aaral.

“Kapag nabuo ang nalalabi, naging bahagi ito ng catalytic cycle at marahil ay responsable para sa ilan sa iba’t ibang mga kahusayan sa mga solvents na naiulat sa huling 40 taon ng trabaho sa reaksyong ito,” sabi ni Flaherty. “Ang aming trabaho ay nagbibigay ng matibay na katibayan na ang mga pang-ibabaw na redox mediator ay nabuo sa mga nakalalasing na alkohol at maaari nilang ipaliwanag ang maraming mga nakaraang misteryo para sa kimika na ito.

Ang pagtatrabaho sa maraming uri ng mga eksperimento at computational simulation, natutunan ng koponan na ang mga tagapamagitan ng redox na ito ay mahusay na ilipat ang parehong proton at electron sa mga reactant, habang ang mga reaksyon sa purong water transfer proton ay madali ngunit hindi electron. Ang mga tagapamagitan na ito ay nagbabago din sa ibabaw ng mga nanoparticle sa isang paraan na binabawasan ang hadlang ng enerhiya na kailangang mapagtagumpayan sa proton at electron transfer, sinabi ng pag-aaral.

“Ipinapakita namin na ang parehong mga alkoholong solvent at organikong additibo ay maaaring tumugon upang makabuo ng mga metal-bound na tagapamagitan na kumikilos nang katulad sa mga enzymatic cofactor sa aming katawan upang mapagsapalaran ang mga reaksyon ng oksihenasyon at pagbawas,” sabi ni Neurock.

Bilang karagdagan, ang gawaing ito ay maaaring may implikasyon para sa pagbabawas ng dami ng ginamit na solvent at basura na nabuo sa industriya ng kemikal.

“Iminumungkahi ng aming pagsasaliksik na sa ilang mga sitwasyon, ang mga tagagawa ng kemikal ay maaaring bumuo ng mga tagapamagitan ng redox sa pamamagitan ng pagdaragdag ng isang maliit na halaga ng additive sa purong tubig sa halip na pumping ng libu-libong mga galon ng mga organikong solvent sa pamamagitan ng mga reaktor na ito,” sabi ni Flaherty.

Sanggunian: “Ang mga molecule ng solvent ay bumubuo ng mga redox mediator sa lugar at cocatalyst na pagbawas ng oxygen sa Pd”, ni Jason S. Adams, Ashwin Chemburkar, Pranjali Priyadarshini, Tomas Ricciardulli, Yubing Lu, Vineet Maliekkal, Abinaya Sampath, Stuart Winikoff, Ayman M . Karim, Matthew Neurock at David W. Flaherty, 5 Pebrero 2020, Agham.
DOI: 10.1126 / agham.abc1339

Ang pananaliksik na ito ay suportado ng Energy and Biology Institute sa pamamagitan ng programang EBI-Shell at National Science Foundation.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Pagkuha ng Impormasyon sa Kasaysayan ng Neanderthal na Populasyon Gamit ang Sinaunang Nuclear DNA Mula sa Mga Ciment Sediment

Gallery sa lugar ng yungib ng mga estatwa sa hilagang Espanya. Kredito: Javier Trueba - Madrid Scientific Films Ang Mitochondrial DNA ng mga archaic...

Kung Paano Maaaring Lumaki ang Iba Pang Mga Karamdaman na Fungi Sa Maliit na Puwang

Ang isang pangkat na pinangunahan ng Tsukuba University ay natagpuan ang isang makabuluhang pagkakaiba na nagpapaliwanag kung bakit ang ilang mga species ng fungi...

Para sa Mga Tatanggap ng Transplant, Isang Pangatlong Dosis ng Bakuna sa COVID Maaaring Mag-alok ng Mas mahusay na Proteksyon

Ipinakita ng mga mananaliksik sa Johns Hopkins Medicine na tatlong dosis ng bakuna laban sa SARS-CoV-2-ang virus na sanhi ng pagtaas ng antas ng...

Ang mga sigla ng usok na nasa daang siglo na napanatili sa niyebe ay nagbubunyag ng isang maalab na nakaraan – at ang hinaharap...

Inisyu ni Harvard John a. Paulson School of Engineering at Applied Science Hunyo 18, 2021 Ang usok mula sa mga wildfires na gawa ng tao...

Inihanda ng NASA ang “Moonikin” na kumander para sa Artemis 1 lunar na misyon

Sa larawang ito, sinusubukan ng mga inhinyero ang isang pagsubok na panginginig ng boses sa upuan ng Orion at ang Chemini Space Center -...

Newsletter

Subscribe to stay updated.