211service.com
Neutraliserende fluorkoolstoffen
Fluorkoolstoffen - veel voorkomende chemicaliën waarin koolstof aan fluor is gebonden - zijn krachtige broeikasgassen en sommige vormen giftige verbindingen die zich in het milieu kunnen ophopen. Maar voor het neutraliseren van fluorkoolwaterstoffen was een proces nodig waarvan de hoge temperatuur de kosten opdrijft, waardoor het gebruik ervan wordt beperkt. Onderzoekers van Brandeis University rapporteren in Wetenschap vandaag hebben ze een katalysator gevonden die de koolstof-fluorbinding bij kamertemperatuur verbreekt, wat een gemakkelijkere en effectievere verwijdering van vervelende verontreinigende stoffen belooft.
Uit elkaar: Onderzoekers van Brandeis University gebruikten een silyium-carboraankatalysator om koolstof-fluorbindingen bij kamertemperatuur te verbreken. Dit belooft het gemakkelijker en effectiever te maken om verontreinigende stoffen te verwijderen.
De sterkte van de fluor-koolstofbinding maakt fluorkoolstoffen waardevol in chemisch resistente en duurzame materialen zoals vlekafstotende middelen, kookgerei met antiaanbaklaag en koelvloeistoffen. Maar het verklaart ook waarom ze zo moeilijk weg te gooien zijn. Eén type fluorkoolwaterstof, de ozonafbrekende chloorfluorkoolwaterstoffen (CFK's), is nu op grote schaal verboden onder het Montreal Protocol, maar de twee andere hoofdtypen brengen ook milieuproblemen met zich mee.
Een daarvan wordt nu gebruikt in plaats van CFK's als koelmiddel in koelkasten en airconditioningsunits. Waar dergelijke koelmiddelen in het milieu lekken, fungeren ze als broeikasgassen die duizend keer krachtiger zijn dan koolstofdioxide.
Een ander type fluorkoolstof wordt in veel medische toepassingen gebruikt, waaronder kunstbloed. Het is ook een krachtig broeikasgas en komt in de atmosfeer terecht als bijproduct van de aluminiumindustrie. Maar sommige soorten zijn ook giftig en hopen zich op in de voedselketen, waardoor het risico op kanker, geboorteafwijkingen en andere gezondheidsproblemen mogelijk toeneemt.
Brandeis's Oleg Ozerov , hoofdonderzoeker van de huidige Wetenschap studie, een manier gevonden om de koolstof-fluorbinding te kraken door een op silicium gebaseerde katalysator te gebruiken die zichzelf recyclet, zodat het de afbraakreactie keer op keer kan veroorzaken.
Het basisidee is dat we drie dingen gebruiken: de fluorkoolstof, een op silicium gebaseerde waterstofbron en een katalysator die tussen beide bemiddelt om het fluor in de fluorkoolstof te vervangen door waterstof, zegt Ozerov. Het actieve deel van de katalysator is een positief geladen siliciumverbinding die de reactie op gang brengt door het fluor uit de fluorkoolstofbinding te scheuren.
Als een fluor eruit wordt gerukt, legt Ozerov uit, zorgt ervoor dat de voormalige fluorkoolstof een waterstofmolecuul uit het op silicium gebaseerde materiaal trekt. Het verliezen van waterstof transformeert op zijn beurt het op silicium gebaseerde materiaal in een ander exemplaar van de katalysator, zodat de reactie kan doorgaan.
Om de initiële katalysator aan het werk te krijgen, moesten Ozerov en zijn collega Christos Douvris het stabiliseren door het samen te werken met een zeer niet-reactief, negatief geladen ion dat zo min mogelijk zou interfereren met de doelreactie.
De eindproducten van de reactie, koolwaterstoffen en fluorsilanen, hebben geen broeikasgaseigenschappen en zijn gemakkelijker te verwijderen dan fluorkoolwaterstoffen.
Ozerov en Douvris probeerden hun katalytische methode uit op drie fluorkoolstof-testsubstraten. In beide gevallen waren ze in staat om bijna al het materiaal te laten reageren; één substraat had slechts zes uur nodig om volledig af te breken, bij slechts 25 °C.
Robin Perutz , een katalysatorexpert aan de Universiteit van York, in het VK, zegt dat de methode van Ozerov en Douvris een indrukwekkende ontdekking is. Het is echt belangrijk om problematische fluorkoolstoffen om te zetten in iets redelijk onschadelijks, en op dit moment kan dit alleen worden gedaan door chemie bij extreem hoge temperaturen. Deze jongens hebben gezegd dat we heel veel kunnen doen alleen bij kamertemperatuur, en dat is een grote stap in de richting van het wegwerken van meer ongewenste fluorkoolstoffen.
Er zijn echter een paar uitdagingen die moeten worden aangegaan voordat de katalysator kan worden gebruikt om op grote schaal fluorkoolwaterstoffen op te ruimen. Om te beginnen zouden er goedkopere bronnen moeten worden gevonden voor de op silicium gebaseerde reagentia, zegt Ozerov.
Véronique Garny, directeur van de Fluorinated Chemicals Groups bij de Europese Raad voor de Chemische Industrie , zegt dat het zelfs dan nog moeilijk kan zijn voor de katalysatortechniek om de gevestigde methoden te verslaan. Fluorosilanen, erkent Ozerov, hebben enige toxiciteit, hoewel hij zegt dat ze gemakkelijk verder kunnen worden verwerkt. Maar volgens Garny zijn de bestaande technieken eenvoudiger, hebben ze volledig niet-toxische eindproducten en werken ze prima met sterk verontreinigde uitgangsmaterialen, iets wat het proces van Ozerov nog moet laten zien.
Garny ziet meer mogelijkheden voor de katalysatormethode bij het aanvallen van vaste en vloeibare fluorkoolwaterstoffen die land en water vervuilen. Perutz wijst er echter op dat deze verontreinigende stoffen vaak bijzonder moeilijk af te breken zijn omdat ze extra rijk zijn aan sterke fluor-koolstofbindingen. Ozerov en Douvris hebben hun methode nog niet getest tegen dergelijke weerbarstige fluorkoolwaterstoffen.
De techniek heeft nog een lange weg te gaan voordat deze breed inzetbaar is, zegt Perutz. Maar het is zeker een veelbelovende stap met veel potentieel.