Utomhusplatser på stadion, skidbindningar, däckförstärkningar och andra produkter som kräver styrka, hållbarhet och väderbeständighet är alla gjorda med en typ av nylon som kallas nylon 6-6. Dock, att producera detta material kräver en miljöovänlig process, vars första steg använder det hotade grundämnet zink som katalysator. Nu, forskare har utvecklat "grönare" metoder för detta steg som använder alternativa metaller. De kanske till och med kan ersätta järnavfall i form av rost, eller järnoxid, för det hotade elementet.

Forskarna kommer att presentera sina resultat i dag på höstmötet i American Chemical Society (ACS).

"Enligt uppskattningar från ACS Green Chemistry Institute, zink är bara 50 till 100 år från att dö ut, säger Amina Aly, en doktorand som presenterar arbetet på mötet. "Och för närvarande, tillverkare använder zink som reduktionsmedel och katalysator för att göra cyklohexen från trans-1, 2-dibromcyklohexan, vilket är det första steget i femstegssyntesen av nylon 6-6."

"Nylon" är en allmän term för en familj av syntetiska polymerer, kallas polyamider, som är gjorda av återkommande enheter. Olika typer av nylon, såsom nylon 6 och nylon 6-6, använder olika byggstenar och har därför unika egenskaper. Nylon 6-6 heter så eftersom det består av två molekyler, var och en har sex kolatomer, som är sammanlänkade som den upprepande enheten.

För att hitta ett substitut för zink, Aly, som är i Brian Agees labb, Ph.D., vid Augusta University, tittade på andra metaller som fanns i närheten i det periodiska systemet och hade liknande kemiska egenskaper. Andra kriterier var att metallerna behövde vara rikligare än zink och säkra att arbeta med. Teamet valde att studera kobolt, aluminium, järn, koppar och nickel som möjliga katalysatorer vid framställning av cyklohexen. Dessutom, forskarna ville identifiera grönare metoder som sparar energi och vatten, samtidigt som du använder mindre starka kemikalier. Så, de inkorporerade en solreflekterande skål istället för en elektrisk kokplatta och en vattenbesparande kondensor i stället för en vanlig kondensor. Också, teamet bytte ut propylenglykol mot den mer farliga etylenglykolen som värmeöverföringsmedel i den vattenbesparande kondensorn, som kyler reaktionen utan att behöva ett kontinuerligt flöde av kallt vatten som vanliga kondensorer.

Aly fann att järn var den bästa katalysatorn som testats hittills, med endast något lägre utbyte än zink. "Vi fann också att solenergi verkligen är vägen att gå när det kommer till denna syntes eftersom solen är mycket starkare än någon värmeplatta du kommer att hitta, och mycket snabbare, " säger hon. Att utföra syntesen utomhus med en solreflektor tog bara 30 minuter, jämfört med 3-4 timmar i labbet med en värmeplatta. Forskarna fann också att ökning av återflödestiden – upphettning av reaktionen under en viss tid och användning av en kondensor för att kontinuerligt kyla de producerade ångorna för att omvandla dem tillbaka till flytande form – från 15 minuter till 30 minuter ökade utbytet avsevärt. . "Eftersom vi använder solens strålningsenergi, vi slösar inte bort el med extra uppvärmning, " Agee noterar. Forskarna säger att deras metoder lätt kan skalas upp för industriell nylon 6-6 tillverkning.

Även om järn är en riklig metall, Aly och Agee vill försöka katalysera reaktionen med en ännu mer miljövänlig järnavfallsprodukt som kan hittas överallt där metall lämnas utanför för att bli blöt:järnoxid, eller rost. "Om järnoxid köpt från ett kemiföretag fungerar för reaktionen, Jag överväger allvarligt att gå till mina föräldrar och skrapa lite rost från deras lada för att prova, " säger Agee. "För som en grön kemist, vilken bättre källa för en katalysator än något du kan få var som helst?"