Neutralizacja fluorowęglowodorów

Fluorowęglowodory – powszechne substancje chemiczne, w których węgiel jest wiązany z fluorem – są silnymi gazami cieplarnianymi, a niektóre tworzą toksyczne związki, które mogą gromadzić się w środowisku. Ale neutralizacja fluorowęglowodorów wymagała procesu, którego wysoka temperatura podnosi jego koszt, ograniczając jego zastosowanie. Badacze z Brandeis University raportują w Nauka dziś znaleźli katalizator, który rozbija wiązanie węgiel-fluor w temperaturze pokojowej, obiecując łatwiejsze i skuteczniejsze usuwanie nieznośnych zanieczyszczeń.

Połamane: Naukowcy z Brandeis University zastosowali katalizator siliowo-węglowy do rozerwania wiązań węgiel-fluor w temperaturze pokojowej. Obiecuje to, że usuwanie zanieczyszczeń będzie łatwiejsze i skuteczniejsze.

Siła wiązania fluoru z węglem sprawia, że ​​fluorowęglowodory są cenne w chemicznie odpornych i trwałych materiałach, takich jak środki odplamiające, naczynia kuchenne z powłoką zapobiegającą przywieraniu i płyny chłodzące. Ale wyjaśnia to również, dlaczego tak trudno się ich pozbyć. Jeden rodzaj fluorowęglowodorów, niszczące ozon chlorofluorowęglowodory (CFC), został obecnie szeroko zakazany na mocy protokołu montrealskiego, ale dwa inne główne rodzaje również stwarzają problemy środowiskowe.

Jeden z nich jest obecnie stosowany zamiast CFC jako chłodziwo w lodówkach i klimatyzatorach. Tam, gdzie takie czynniki chłodnicze przedostają się do środowiska, działają jak gazy cieplarniane, które są tysiąc razy silniejsze niż dwutlenek węgla.

Inny rodzaj fluorowęglowodoru jest używany w wielu zastosowaniach medycznych, w tym w sztucznej krwi. On również jest silnym gazem cieplarnianym i przedostaje się do atmosfery jako produkt uboczny przemysłu aluminiowego. Ale niektóre jego gatunki są również toksyczne i gromadzą się w łańcuchu pokarmowym, prawdopodobnie zwiększając ryzyko raka, wad wrodzonych i innych problemów zdrowotnych.

Brandeisa Oleg Ozerow , główny badacz prądu Nauka znaleźli sposób na rozbicie wiązania węgiel-fluor za pomocą katalizatora na bazie krzemu, który sam się zawraca, dzięki czemu może w kółko wywołać reakcję rozpadu.

Podstawową ideą jest to, że używamy trzech rzeczy: fluorowęglowodoru, źródła wodoru na bazie krzemu i katalizatora, który pośredniczy między nimi w celu zastąpienia fluoru w fluorowęglowodorze wodorem, mówi Ozerov. Aktywną częścią katalizatora jest dodatnio naładowany związek krzemu, który inicjuje reakcję poprzez wyrywanie fluoru z wiązania fluorowęglowego.

Wyrwanie fluoru, wyjaśnia Ozerow, powoduje, że były fluorowęglowodór wyciąga cząsteczkę wodoru z materiału na bazie krzemu. Z kolei utrata wodoru przekształca materiał na bazie krzemu w kolejny egzemplarz katalizatora, dzięki czemu reakcja może być kontynuowana.

Aby początkowy katalizator zadziałał, Ozerov i jego kolega Christos Douvris musieli go ustabilizować, łącząc go z bardzo niereaktywnym, ujemnie naładowanym jonem, który w jak najmniejszym stopniu zakłócałby reakcję docelową.

Produkty końcowe reakcji, węglowodory i fluorosilany, nie mają właściwości gazów cieplarnianych i są łatwiejsze do usunięcia niż fluorowęglowodory.

Ozerov i Douvris wypróbowali swoją metodę katalityczną na trzech testowych podłożach fluorowęglowych. W każdym przypadku byli w stanie wywołać reakcję prawie całego materiału; Jedno podłoże rozkładało się całkowicie w ciągu zaledwie sześciu godzin, w temperaturze zaledwie 25°C.

Robin Perutz , ekspert ds. katalizatorów z Uniwersytetu w Yorku w Wielkiej Brytanii, mówi, że metoda Ozerowa i Douvrisa jest imponującym odkryciem. To naprawdę ważne, aby przekształcić problematyczne fluorowęglowodory w coś całkiem nieszkodliwego, a w tej chwili można to zrobić tylko dzięki chemii w ekstremalnie wysokich temperaturach. Ci faceci powiedzieli, że możemy zrobić bardzo dużo tylko w temperaturze pokojowej, a to duży krok w kierunku pozbycia się niechcianych fluorowęglowodorów.

Istnieje jednak kilka wyzwań, którym należy sprostać, zanim katalizator będzie mógł zostać użyty do oczyszczania fluorowęglowodorów na dużą skalę. Na początek należałoby znaleźć tańsze źródła odczynników na bazie krzemu, mówi Ozerow.

Véronique Garny, dyrektor Fluorinated Chemicals Groups w Europejska Rada Przemysłu Chemicznego mówi, że nawet wtedy technika katalizatora może być trudna do pokonania ustalonych metod. Ozerow przyznaje, że fluorosilany mają pewną toksyczność – chociaż mówi, że można je łatwo dalej przetwarzać. Ale według Garny'ego istniejące techniki są prostsze, mają całkowicie nietoksyczne produkty końcowe i działają dobrze z silnie zanieczyszczonymi materiałami wyjściowymi, co wciąż musi pokazać proces Ozerowa.

Garny dostrzega większy potencjał metody katalizatora w atakowaniu stałych i ciekłych fluorowęglowodorów, które zanieczyszczają ziemię i wodę. Perutz zwraca jednak uwagę, że te zanieczyszczenia są często szczególnie trudne do rozbicia, ponieważ są wyjątkowo bogate w silne wiązania fluoro-węgiel. Ozerov i Douvris nie przetestowali jeszcze swojej metody przeciwko takim opornym fluorowęglowodorom.

Technika ta ma jeszcze długą drogę do przebycia, zanim będzie mogła być szeroko stosowana, mówi Perutz. Ale z pewnością jest to bardzo obiecujący krok z dużym potencjałem.

ukryć