Pandemide Talebi Artan Hidrojen Peroksitin Üretimini Hızlandıran Çevre Dostu Katalizör Geliştirildi
Hidrojen peroksit, evlerdeki küçük kesitleri dezenfekte etmek ve endüstriyel imalattaki oksidatif reaksiyonlar için kullanılır. Şu aralar, yani pandemi döneminde, bu kimyasala ve bunun antiseptik özelliklerine talep arttı. Markette uygun fiyatlı olmasına karşın, H2O2‘nin ölçekli olarak üretilmesi gerçekten zor ve pahalıdır.
Illinois Urbana-Champaign Üniversitesi (UIUC) liderliğindeki ekip, H2O2’yi üretmek için, Amerika Kimya Topluluğu Dergisi’nde yayınlanan son çalışmadan faydalanarak, oldukça verimli ve çevre dostu bir yöntem geliştirdiler.
UIUC’de Kimya ve Biyomolekül Mühendisliği Bölümü mezunu, çalışmanın ilk yazarı Tomas Ricciardulli, “İki malzemeden, hidrojen ve oksijen, oluşan bu madde ya ucuzdur ya da atmosferden kolayca elde edilebilir olmasına karşın, hidrojen peroksit reaktif ve kararsız olduğundan üretilmesi çok zor olan bir maddedir.” dedi.
Şu anda hidrojen peroksit üretilmesi karmaşık, çok etaplı süreçler ve geniş tesisler gerektirir. Bu geleneksel yöntem daha çok fosil yakıtlardan türetilen bir ara kimyasala (antrakinon) dayanır.
Onlarca yıl önce araştırmacılar, bu yöntem yerine daha kolay, ucuz ve çevre dostu olan sadece bir adımda, yani hızlıca, H2O2 üretimini yapabilecek, reaksiyonu yönlendirebilen bir katalizörü (paladyum-altın nanopartikülleri) alternatif bir yol olarak sundular. Bonus: Katalizör geri dönüştürülerek tekrar ve tekrar hidrojen peroksit üretebilir.
UIUC’de Kimya ve Biyomolekül Mühendisliği Bölümü Profesörü ve çalışmanın baş yazarı David Flaherty, önerilen metot için, “Ancak hidrojen ve oksijen ayrıca suyun bir formudur ve bu önerilen yöntem %80 su ve sadece %20 hidrojen peroksit sentezlediği bilinen ‘direkt sentez’ metodudur. Bilim insanlarımız, hidrojen peroksitin seçiciliğini artırmak için nanopartiküllerde ihtiyaç duyulan paladyum ve altın atomlarının düzenlenmesini ve bunun neden işe yaradığını şiddetle tartışmışlardır.” dedi.
Katalizördeki altın/paladyum atomları oranının artışı daha fazla hidrojen peroksit ve daha az su üretir. Katalizördeki bir paladyuma 220 altın atomu karşılık gelirse, altın/paladyum oranında büyük bir yükseklikle karşılaşılır, dolayısı ile %100 hidrojen peroksit üretimi olur. Bilim insanları bulduğu bu oran ile, geri dönüşün azalma noktasına geldiğini de buldular.
Önemli olan, katalizörlerin birçok gün kullanılmasına karşın kararlı bir performans göstermesi, sürekli olarak H2O2‘ye seçiciliklerinin artması ve bunu, kimyada sıklıkla kullanılan sorunlu ve aşındırıcı katkı maddelerini ortadan kaldıran temiz suyun bir çözücü gibi kullanılmasıdır.
Bu atomlarla katalizörün organizasyonu önemlidir: Birbirine temas eden paladyum atomları su oluşumunu desteklerken, altınla çevrilmiş paladyum atomlarıysa hidrojen peroksit oluşumunu destekler.
Dahası, paladyum atomunu çevreleyen komşu atomlarının birinci halkasından, en yakın komşular olarak adlandırılan, bir sonraki ikinci atom halkasına uzanan etkileşimi keşfettiler. Dolayısı ile hem belirli bir paladyum atomunun komşusu hem de en yakın komşularının tümü altın olduğunda daha fazla H2O2 sentezlenir.
Dow Kimya Şirketi bünyesindeki Fakülte Akademisyeni Flaherty, “Biz oldukça etkili ve seçici katalizörün nasıl üretilebileceğini gösterdik. Söz verirken, umut verici olsa da bu yöntemi ticari olarak benimsemek için hâlâ üstesinden gelinmesi gereken engeller var.” dedi.
Flaherty Araştırma Grubu ise bu reaksiyon için kimya-elektrokimya hibritiyle metodu etkinleştiren reaktörler ve yeni bileşimler ile nanopartikül katalizörlerini geliştirme peşinde.
Flaherty Araştırma Grubu: “Bizim nihai amacımız, geleneksel kimyasal süreçlerde alternatifler sürdürülebilirlik kapıları açabilen H2O2 üretimi için uygulanabilir teknolojiler geliştirmektir.”
Araştırmacılar ayrıca etkinliklerinin süreç boyunca kimyasal üretimi elektriklendirecek diğer önemli bilimsel kavramları ortaya çıkarmasını umuyorlar.
Ulusal Bilim Vakfı ve Enerji & Biyoloji Bilimi Enstitüsü, bir kısmı, Illinois’deki Malzeme Araştırma Laboratuvarı’nda ve Stanford Üniversitesi’ndeki Synchrotron Radyasyon Tesisinde yürütülen bu araştırmayı destekledi. Ortak yazarlar arasında ayrıca Coogan Thompson ve Ayman M. Karim (Virginia Politeknik Enstitüsü ve Eyalet Üniversitesi), Sahithi Gorthy ve Matthew Neurock (Minnesota Üniversitesi) ve Jason S. Adams (UIUC) vardı.
Yazardan: Daha öncesinde H2O2 üretmek amacıyla üretilen katalizörün düşük seviyede H2O2, daha fazla seviyede su üretmesine karşın çalışmalar yapan ekip; geliştirdikleri katalizör ile daha çok H2O2, daha az su üretebiliyorlar. Böylece dezenfekte ve oksidatif reaksiyon işlemlerinde vazgeçilmez olan H2O2 üretiminde seçici ve etkili katalizör üretimini yapıyorlar. Çevre dostu da olan bu katalizör, yine bir mühendislik harikası!
Kaynak : sciencedaily.com
