En bild av ett elektronmikroskop visar kopparnanokuber som används av Rice University -ingenjörer för att katalysera omvandlingen av kolmonoxid till ättiksyra. Kredit:Wang Group/Senftle Group/Rice University
En söt ny process gör sura mer praktiska.
Ingenjörer från Rice University förvandlar kolmonoxid direkt till ättiksyra - det mycket använda kemiska medlet som ger ättika sin tang - med en kontinuerlig katalytisk reaktor som effektivt kan använda förnybar el för att bli en högrenad produkt.
Den elektrokemiska processen från laboratorierna för kemiska och biomolekylära ingenjörer Haotian Wang och Thomas Senftle från Rice's Brown School of Engineering löser problem med tidigare försök att reducera kolmonoxid (CO) till ättiksyra. Dessa processer krävde ytterligare steg för att rena produkten.
Den miljövänliga reaktorn använder nanoskala av koppar som den primära katalysatorn tillsammans med en unik elektrolyt i fast tillstånd.
På 150 timmars kontinuerlig laboratoriedrift, enheten producerade en lösning som var upp till 2% ättiksyra i vatten. Syrakomponenten var upp till 98% ren, mycket bättre än det som producerats genom tidigare försök att katalysera CO till flytande bränsle.
Detaljer visas i Förfaranden från National Academy of Sciences.
Tillsammans med ättika och andra livsmedel, ättiksyra används som ett antiseptikum i medicinska tillämpningar; som lösningsmedel för bläck, färg och beläggningar; och vid tillverkning av vinylacetat, en föregångare till vanligt vitt lim.
Ingenjörer från Rice University har utvecklat en reaktor för att producera flytande ättiksyra direkt från kolmonoxid. Reaktorn använder en katalysator av kopparnanokuber och en elektrolyt i fast tillstånd. Upphovsman:Illustration av Peng Zhu/Rice University
Risprocessen bygger på Wang -laboratoriets reaktor för att producera myrsyra från koldioxid (CO 2 ). Den forskningen skapade en viktig grund för Wang, nyligen utsedd till en Packard -stipendiat, att vinna ett bidrag på 2 miljoner dollar från National Science Foundation (NSF) för att fortsätta undersöka omvandlingen av växthusgaser till flytande bränslen.
"Vi uppgraderar produkten från en koldioxidkemikalie, myrsyra, till tvåkol, vilket är mer utmanande, "Wang sa." Folk producerar traditionellt ättiksyra i flytande elektrolyter, men de har fortfarande problemet med låg prestanda samt att separera produkten från elektrolyten. "
"Ättiksyra syntetiseras vanligtvis inte, självklart, från CO eller CO 2 , "Tillade Senftle." Det är nyckeln här:Vi tar bort avgaser som vi vill mildra och gör dem till en användbar produkt. "
Det tog en noggrann koppling mellan kopparkatalysatorn och fast elektrolyt, den senare överfördes från myrsyra -reaktorn. "Ibland kommer koppar att producera kemikalier längs två olika vägar, "Wang sa." Det kan minska CO till ättiksyra och alkoholer. Vi konstruerade koppar kuber dominerade av en fasett som kan hjälpa denna kol-kol koppling, med kanter som riktar kol-kol-kopplingen mot ättiksyra istället för andra produkter. "
Beräkningsmodeller av Senftle och hans team hjälpte till att förfina kubernas formfaktor. "Vi kunde visa att det finns kanttyper på kuben, i princip mer korrugerade ytor, som underlättar brytning av vissa C-O-bindningar som styr produkterna på ett eller annat sätt, "sa han." Att ha fler kantplatser gynnar att bryta rätt bindningar vid rätt tidpunkt. "
Senftle sa att projektet var en bra demonstration av hur teori och experiment ska hänga ihop. "Det är ett trevligt exempel på teknik på många nivåer, från integration av komponenterna i en reaktor ända ner till mekanismen på atomistisk nivå, "sa han." Det passar med teman för molekylär nanoteknik, visar hur vi kan skala upp det till verkliga enheter. "
Nästa steg i utvecklingen av ett skalbart system är att förbättra systemets stabilitet och ytterligare minska mängden energi som processen kräver, Sa Wang.
Ris doktorander Peng Zhu och Chun-Yen Liu och Chuan Xia, J. Evans Attwell-Welch postdoktor, är medförfattare till tidningen.
