{"id":60356,"date":"2024-04-13T05:17:56","date_gmt":"2024-04-13T09:17:56","guid":{"rendered":"https:\/\/sustainablereview.com\/?p=60356"},"modified":"2024-08-10T12:11:25","modified_gmt":"2024-08-10T16:11:25","slug":"innowacyjny-przelom-naukowcy-z-singapuru-opracowuja-przelomowa-zrownowazona-metode-produkcji-nadtlenku-wodoru","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/sustainablereview.com\/pl\/innowacyjny-przelom-naukowcy-z-singapuru-opracowuja-przelomowa-zrownowazona-metode-produkcji-nadtlenku-wodoru\/","title":{"rendered":"Innowacyjny prze\u0142om: Naukowcy z Singapuru opracowuj\u0105 prze\u0142omow\u0105, zr\u00f3wnowa\u017con\u0105 metod\u0119 produkcji nadtlenku wodoru"},"content":{"rendered":"\n

Prze\u0142omowe badanie przeprowadzone przez National University of Singapore (NUS) zapowiada znacz\u0105cy krok naprz\u00f3d w zr\u00f3wnowa\u017conej produkcji nadtlenku wodoru (H2O2), obiecuj\u0105c now\u0105 er\u0119 wydajno\u015bci \u015brodowiskowej i przemys\u0142owej.<\/p>\n\n\n\n

Zesp\u00f3\u0142 badawczy, kierowany przez profesora Jiang Donglina z Wydzia\u0142u Chemii NUS, zaprezentowa\u0142 nowatorsk\u0105 metod\u0119, kt\u00f3ra wykorzystuje \u015bwiat\u0142o s\u0142oneczne do syntezy H2O2 bezpo\u015brednio z wody i powietrza, wykorzystuj\u0105c unikaln\u0105 sze\u015bciowarto\u015bciow\u0105 kowalencyjn\u0105 struktur\u0119 organiczn\u0105 (COF).<\/p>\n\n\n\n

Kluczem do tej innowacyjnej techniki s\u0105 specjalnie zaprojektowane COF, kt\u00f3re charakteryzuj\u0105 si\u0119 g\u0119stymi sieciami donorowo-akceptorowymi i zaprojektowanymi powi\u0105zaniami, sprzyjaj\u0105cymi wysokiej szybko\u015bci generowania \u0142adunk\u00f3w fotoindukowanych i zapewniaj\u0105cymi katalitycznie aktywne miejsca. Te sze\u015bciowarto\u015bciowe COF s\u0105 skrupulatnie skonstruowane z mikroporowatymi kana\u0142ami, kt\u00f3re zapewniaj\u0105 szybkie dostarczanie wody i tlenu bezpo\u015brednio do miejsc, w kt\u00f3rych zachodzi synteza H2O2, maksymalizuj\u0105c w ten spos\u00f3b wydajno\u015b\u0107.<\/p>\n\n\n\n

Wykazuj\u0105c wydajno\u015b\u0107 kwantow\u0105 na poziomie 17,5 procent w \u015bwietle widzialnym przy 420 nm w reaktorach wsadowych, metoda ta nie tylko wyznacza nowy punkt odniesienia w zakresie wydajno\u015bci fotokatalitycznej, ale tak\u017ce otwiera ekscytuj\u0105ce zastosowania, w tym opracowywanie samoczyszcz\u0105cych si\u0119 powierzchni i zabieg\u00f3w dezynfekcji.<\/p>\n\n\n\n

Tradycyjna produkcja nadtlenku wodoru<\/h2>\n\n\n\n

Tradycyjnie produkcja nadtlenku wodoru opiera\u0142a si\u0119 na metodzie znanej jako proces antrachinonowy. Technika ta stanowi oko\u0142o 95% nadtlenku wodoru produkowanego na ca\u0142ym \u015bwiecie<\/a>. Jej powszechne zastosowanie wynika z jej wypr\u00f3bowanego i przetestowanego charakteru, kt\u00f3ry by\u0142 udoskonalany przez lata w celu zaspokojenia globalnego popytu. <\/p>\n\n\n\n

Proces antrachinonowy przebiega w czterech etapach: uwodornienia, utleniania, ekstrakcji i oczyszczania roztworu roboczego. Ka\u017cdy etap ma kluczowe znaczenie dla przekszta\u0142cania surowc\u00f3w w wysoce u\u017cyteczny nadtlenek wodoru.<\/p>\n\n\n\n

    \n
  1. Uwodornienie<\/strong>: Podczas tego etapu antrachinon – zwi\u0105zek organiczny – jest \u0142\u0105czony z wodorem. Ten etap przygotowuje grunt pod reakcje chemiczne niezb\u0119dne do stworzenia podstawy nadtlenku wodoru.<\/li>\n\n\n\n
  2. Utlenianie<\/strong>: Na tym etapie uprzednio przetworzony antrachinon jest wystawiony na dzia\u0142anie tlenu. Ta ekspozycja wyzwala reakcj\u0119 krytyczn\u0105 dla tworzenia podstawowej struktury nadtlenku wodoru.<\/li>\n\n\n\n
  3. Ekstrakcja<\/strong>: Po utlenieniu mieszanina zawiera po\u017c\u0105dany produkt, ale nie jego czyst\u0105 form\u0119. Dlatego na tym etapie nadtlenek wodoru jest starannie oddzielany od reszty mieszaniny. Etap ten ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia, \u017ce otrzymany produkt jest jak najbardziej zbli\u017cony do czystego nadtlenku wodoru.<\/li>\n\n\n\n
  4. Obr\u00f3bkaroztworu roboczego<\/strong>: Po wyekstrahowaniu nadtlenku wodoru to, co pozosta\u0142o, musi zosta\u0107 poddane recyklingowi i przygotowane do ponownego u\u017cycia w innym cyklu produkcyjnym. Obr\u00f3bka ta zapewnia, \u017ce proces jest tak wydajny i zr\u00f3wnowa\u017cony, jak to tylko mo\u017cliwe w istniej\u0105cych ramach.<\/li>\n<\/ol>\n\n\n\n

    Chocia\u017c proces antrachinonowy istnieje ju\u017c od d\u0142u\u017cszego czasu, wi\u0105\u017ce si\u0119 on z pewnymi problemami.<\/p>\n\n\n\n

    Po pierwsze, metoda ta jest bardzo energoch\u0142onna i wymaga du\u017cej ilo\u015bci energii do dzia\u0142ania, co w dzisiejszym, \u015bwiadomym energetycznie<\/a> \u015bwiecie od razu rzuca si\u0119 w oczy. Ale to nie jedyny problem. Proces ten opiera si\u0119 r\u00f3wnie\u017c w du\u017cej mierze na wykorzystaniu toksycznych rozpuszczalnik\u00f3w. Substancje te szkodz\u0105 ludziom i planecie, stwarzaj\u0105c powa\u017cne zagro\u017cenie w przypadku wycieku lub niew\u0142a\u015bciwej utylizacji.<\/p>\n\n\n\n

    Co wi\u0119cej, wytwarzanie nadtlenku wodoru w ten spos\u00f3b wymaga u\u017cycia drogich katalizator\u00f3w z metali szlachetnych. Te kosztowne materia\u0142y dodaj\u0105 kolejn\u0105 warstw\u0119 z\u0142o\u017cono\u015bci do procesu produkcji. A tam, gdzie jest z\u0142o\u017cono\u015b\u0107, istnieje wi\u0119ksze prawdopodobie\u0144stwo, \u017ce co\u015b p\u00f3jdzie nie tak.<\/p>\n\n\n\n

    Ale by\u0107 mo\u017ce jednym z najbardziej pal\u0105cych problem\u00f3w zwi\u0105zanych z procesem antrachinonowym jest ilo\u015b\u0107 generowanych przez niego odpad\u00f3w. Metoda ta s\u0142ynie z reakcji ubocznych – niezamierzonych reakcji chemicznych, kt\u00f3re zachodz\u0105 obok po\u017c\u0105danej reakcji. Reakcje te nie tylko zmniejszaj\u0105 wydajno\u015b\u0107, zu\u017cywaj\u0105c zasoby i wytwarzaj\u0105c niepo\u017c\u0105dane produkty uboczne, ale tak\u017ce zwi\u0119kszaj\u0105 obci\u0105\u017cenie dla \u015brodowiska.<\/p>\n\n\n\n

    Implikacje tej nowej zr\u00f3wnowa\u017conej produkcji nadtlenku wodoru<\/h2>\n\n\n\n

    Nadtlenek wodoru s\u0142u\u017cy wielu celom, dzia\u0142aj\u0105c jako substancja wybielaj\u0105ca, \u015brodek dezynfekuj\u0105cy, utleniacz i katalizator do inicjowania i sieciowania polimer\u00f3w. Jego zastosowania obejmuj\u0105 wiele bran\u017c, w tym tekstylia, produkcj\u0119 papieru, produkcj\u0119 chemiczn\u0105, zastosowania wojskowe, elektronik\u0119, przetw\u00f3rstwo \u017cywno\u015bci, farmaceutyki, kosmetyki, ochron\u0119 \u015brodowiska i metalurgi\u0119.<\/p>\n\n\n\n

    W 2018 r. \u015bwiatowe zu\u017cycie nadtlenku wodoru<\/a> wynosi\u0142o oko\u0142o 6,5 miliona ton metrycznych, a liczba ta szybko ros\u0142a. <\/p>\n\n\n\n

    Opracowanie nowatorskiej metody syntezy nadtlenku wodoru bezpo\u015brednio z wody i powietrza, przy u\u017cyciu \u015bwiat\u0142a s\u0142onecznego i specjalnie zaprojektowanej sze\u015bciowarto\u015bciowej kowalencyjnej struktury organicznej (COF), stanowi znacz\u0105cy kamie\u0144 milowy w zakresie zr\u00f3wnowa\u017conego rozwoju i wydajno\u015bci przemys\u0142owej. Prze\u0142om ten rozwi\u0105zuje problemy \u015brodowiskowe zwi\u0105zane z tradycyjn\u0105 produkcj\u0105 H2O2 i oferuje czystsz\u0105, bardziej energooszcz\u0119dn\u0105 alternatyw\u0119.<\/p>\n\n\n\n

    Opublikowane w presti\u017cowym czasopi\u015bmie Nature Catalysis<\/a> badania nie tylko pokazuj\u0105 potencja\u0142 zmniejszenia wp\u0142ywu produkcji H2O2 na \u015brodowisko, ale tak\u017ce podkre\u015blaj\u0105 pomys\u0142owo\u015b\u0107 zespo\u0142u NUS w pokonywaniu d\u0142ugotrwa\u0142ych wyzwa\u0144 w dziedzinie katalizy. <\/p>\n\n\n\n

    Opr\u00f3cz prze\u0142omowego badania przeprowadzonego przez National University of Singapore (NUS), naukowcy i przemys\u0142 badaj\u0105 inne zr\u00f3wnowa\u017cone metody produkcji nadtlenku wodoru. Te innowacyjne metody maj\u0105 na celu zmniejszenie zu\u017cycia energii, zminimalizowanie produkcji niebezpiecznych odpad\u00f3w i wykorzystanie bezpieczniejszych, \u0142atwiej dost\u0119pnych zasob\u00f3w. Oto kilka obiecuj\u0105cych metod:<\/p>\n\n\n\n