Екологічно чистий метод може дозволити лікарням виробляти
Група дослідників розробила портативний і екологічний спосіб отримання перекису водню. Це може дозволити лікарням самостійно постачати дезінфікуючі засоби на вимогу та за меншими витратами.
Робота, яка співпрацює між Каліфорнійським університетом у Сан-Дієго, Колумбійським університетом, Національною лабораторією Брукхейвена, Університетом Калгарі та Університетом Каліфорнії в Ірваїні, детально описана у статті, опублікованій у журналі Communications Nature.
Нещодавно перекис водню потрапив у заголовки новин, оскільки дослідники та медичні центри по всій країні перевіряють його життєздатність, знезаражуючи маски N95 для подолання нестачі на тлі пандемії COVID-19.
Хоча результати є багатообіцяючими на сьогоднішній день, деякі дослідники стурбовані тим, що низький термін зберігання хімічної речовини може зробити ці зусилля по знезараженню дорогими.
Основна проблема полягає в тому, що перекис водню не є стабільною; він починає розщеплюватися на воду та кисень ще до того, як пляшку навіть відкрили. Він ще швидше руйнується під впливом повітря або світла.
"Можливо, у вас буде лише кілька місяців, щоб використати його до закінчення терміну його дії, тому вам доведеться частіше замовляти партії, щоб забезпечити свіжі запаси", - сказав Чжен Чен, професор нанотехнологій в університеті Сан-Дієго. «І оскільки він так швидко розкладається, доставка та зберігання стає дуже дорогим. "
Чен та його колеги розробили швидкий, простий і недорогий метод генерування пероксиду водню всередині, використовуючи лише невеликий аеростат, повітря, стандартний електроліт, каталізатор та електрику.
"Наша мета - створити портативну установку, яку можна просто підключити до мережі, щоб лікарні та навіть домогосподарства мали можливість виробляти перекис водню на вимогу", - сказав Чен. «Не потрібно його доставляти, не потрібно зберігати і не поспішати використовувати все до закінчення терміну його дії. Це може заощадити до 50-70% витрат. "
Ще однією перевагою є те, що метод менш токсичний, ніж промислові процеси.
Метод заснований на хімічній реакції, в якій молекула кисню поєднується з двома електронами та двома протонами в кислому розчині електроліту, утворюючи перекис водню. Цей тип реакції відомий як двоелектронна реакція відновлення кисню, і він є зручним для користувача, оскільки може виробляти розбавлену перекис водню з бажаною концентрацією на вимогу.
На наступному кроці ми розробимо електрокаталізатори, придатні для інших розчинів електролітів, щоб ще більше збільшити спектр його застосування. "
Цяован Чанг, аспірант кафедри хімічного машинобудування Каліфорнійського університету Сан-Дієго
Ключем до реалізації цієї реакції є спеціальний каталізатор, який розробила команда. Він складається з вуглецевих нанотрубок, які частково окислюються, а це означає, що атоми кисню прикріплені до поверхні.
Атоми кисню зв’язані в крихітні скупчення з трьох-чотирьох атомів паладію. Ці зв’язки між кластерами паладію та атомами кисню дозволяють реакції протікати з високою селективністю та активністю завдяки своїй оптимальній енергії зв’язку ключового проміжного продукту під час реакції.
Професор хімічного машинобудування Колумбійського університету Цзінгуан Чен сказав: «Координація між киснево модифікованим кластером Pd та кисневмісними функціональними групами на вуглецевих нанотрубках є ключем до поліпшення його експлуатаційних якостей. "
Спочатку команда розробила цей метод, щоб зробити процеси переробки акумуляторів більш екологічними. Перекис водню - одна з хімічних речовин, що використовується для видобування та відновлення таких металів, як мідь, нікель, кобальт та магній, із використаних літій-іонних батарей. Так само це робить активацію молекул вуглеводнів більш ефективною, що є критичним етапом у багатьох промислових хімічних процесах.
«Ми працювали над цим проектом близько півтора років. Коли ми допрацьовували ситуацію, пандемія COVID-19 вразила », - сказав Чень. Побачивши повідомлення про використання парів перекису водню для дезінфекції масок N95 для повторного використання, команда вирішила повернути напрямки.
"Ми виявили, що є більш нагальним зусилля, щоб допомогти медичним працівникам, які не мають достатнього захисту при лікуванні пацієнтів з новим коронавірусом", - сказав він.
Робота знаходиться на етапі підтвердження концепції. Надалі команда працюватиме над оптимізацією та масштабуванням методу для потенційного використання в лікарнях.
Майбутні дослідження включають модифікацію методу, щоб його можна було використовувати з використанням нейтрального електроліту (по суті сольового розчину) замість кислоти, що було б краще для домашнього та клінічного застосування, сказав Чен. Частина цієї поточної роботи в даний час підтримується Центром сталої енергетики та енергетики в університеті Сан-Дієго.