Een zoet nieuw proces maakt zuur praktischer.

Ingenieurs van Rice University zetten koolmonoxide direct om in azijnzuur - het veelgebruikte chemische middel dat azijn zijn smaak geeft - met een continue katalytische reactor die hernieuwbare elektriciteit efficiënt kan gebruiken om een ​​sterk gezuiverd product te produceren.

Het elektrochemische proces door de laboratoria van chemische en biomoleculaire ingenieurs Haotian Wang en Thomas Senftle van Rice's Brown School of Engineering lost problemen op met eerdere pogingen om koolmonoxide (CO) te reduceren tot azijnzuur. Die processen vereisten extra stappen om het product te zuiveren.

De milieuvriendelijke reactor gebruikt kubussen van koper op nanoschaal als de primaire katalysator, samen met een unieke elektrolyt in vaste toestand.

In 150 uur ononderbroken laboratoriumwerking, het apparaat produceerde een oplossing die tot 2% azijnzuur in water was. De zure component was tot 98% zuiver, veel beter dan die geproduceerd door eerdere pogingen om CO in vloeibare brandstof te katalyseren.

Details verschijnen in de Proceedings van de National Academy of Sciences.

Samen met azijn en ander voedsel, azijnzuur wordt gebruikt als een antisepticum in medische toepassingen; als oplosmiddel voor inkt, verf en coatings; en bij de productie van vinylacetaat, een voorloper van gewone witte lijm.

Het Rice-proces bouwt voort op de reactor van het Wang-lab om mierenzuur te produceren uit koolstofdioxide (CO ₂ ). Dat onderzoek legde een belangrijke basis voor Wang, onlangs benoemd tot Packard Fellow, om een ​​National Science Foundation (NSF)-subsidie ​​van $ 2 miljoen te winnen om door te gaan met het onderzoeken van de omzetting van broeikasgassen in vloeibare brandstoffen.

"We upgraden het product van een chemische stof met één koolstofatoom, het mierenzuur, naar twee-koolstof, wat uitdagender is, Wang zei. "Traditioneel produceren mensen azijnzuur in vloeibare elektrolyten, maar ze hebben nog steeds het probleem van lage prestaties en het scheiden van het product van de elektrolyt."

"Azijnzuur wordt meestal niet gesynthetiseerd, natuurlijk, van CO of CO ₂ , " voegde Senftle toe. "Dat is de sleutel hier:we nemen afvalgassen die we willen verminderen en veranderen ze in een nuttig product."

Er was een zorgvuldige koppeling tussen de koperkatalysator en de vaste elektrolyt nodig, de laatste overgedragen uit de mierenzuurreactor. "Soms produceert koper chemicaliën langs twee verschillende routes, " zei Wang. "Het kan CO reduceren tot azijnzuur en alcoholen. We hebben koperen kubussen ontworpen die worden gedomineerd door één facet dat deze koolstof-koolstofkoppeling kan helpen, met randen die de koolstof-koolstofkoppeling naar azijnzuur leiden in plaats van naar andere producten."

Computationele modellen van Senftle en zijn team hielpen de vormfactor van de kubussen te verfijnen. "We hebben kunnen laten zien dat er soorten randen op de kubus zijn, eigenlijk meer gegolfde oppervlakken, die het verbreken van bepaalde C-O-bindingen die de producten op de een of andere manier sturen, vergemakkelijken, " zei hij. "Het hebben van meer edge-sites bevordert het verbreken van de juiste banden op het juiste moment."

Senftle zei dat het project een geweldige demonstratie was van hoe theorie en experiment zouden moeten samengaan. "Het is een mooi voorbeeld van techniek op vele niveaus, van integratie van de componenten in een reactor tot aan het mechanisme op atomistisch niveau, " zei hij. "Het past bij de thema's van moleculaire nanotechnologie, laten zien hoe we het kunnen opschalen naar echte apparaten."

De volgende stap in de ontwikkeling van een schaalbaar systeem is het verbeteren van de stabiliteit van het systeem en het verder verminderen van de hoeveelheid energie die het proces vereist, zei Wang.

Rijst afgestudeerde studenten Peng Zhu en Chun-Yen Liu en Chuan Xia, de J. Evans Attwell-Welch postdoctoraal onderzoeker, zijn co-lead auteurs van het papier.