Neutraliserende fluorcarboner

Fluorcarboner - almindelige kemikalier, hvor kulstof er bundet til fluor - er potente drivhusgasser, og nogle danner giftige forbindelser, der kan ophobes i miljøet. Men at neutralisere fluorcarboner har krævet en proces, hvis høje temperatur øger omkostningerne og begrænser dens vedtagelse. Forskere ved Brandeis Universitet rapporterer i Videnskab i dag, at de har fundet en katalysator, der bryder kulstof-fluorbindingen ved stuetemperatur, hvilket lover lettere og mere effektiv bortskaffelse af irriterende forurenende stoffer.

I stykker: Forskere ved Brandeis University brugte en silyium-carboran-katalysator til at bryde kulstof-fluor-bindinger ved stuetemperatur. Dette lover at gøre det nemmere og mere effektivt at bortskaffe forurenende stoffer.

Styrken af ​​fluor-carbon-bindingen gør fluorcarboner værdifulde i kemisk resistente og holdbare materialer såsom pletafvisende midler, nonstick-kogegrej og kølemidler. Men det forklarer også, hvorfor de er så svære at skille sig af med. En type fluorcarbon, de ozonødelæggende chlorfluorcarboner (CFC'er), er nu blevet bredt forbudt i henhold til Montreal-protokollen, men de to andre hovedtyper giver også miljøproblemer.

En af dem bruges nu i stedet for CFC'er som kølemiddel i køleskabe og klimaanlæg. Hvor sådanne kølemidler siver ud i miljøet, fungerer de som drivhusgasser, der er tusind gange mere potente end kuldioxid.

En anden type fluorcarbon bruges i mange medicinske anvendelser, herunder kunstigt blod. Det er også en potent drivhusgas og kommer ud i atmosfæren som et biprodukt fra aluminiumsindustrien. Men nogle arter af det er også giftige og akkumuleres i fødekæden, hvilket muligvis øger risikoen for kræft, fødselsdefekter og andre sundhedsproblemer.

Brandeis Oleg Ozerov , ledende forsker i strømmen Videnskab undersøgelse, fundet en måde at knække kulstof-fluorbindingen ved at bruge en siliciumbaseret katalysator, der genanvender sig selv, så den kan udløse nedbrydningsreaktionen igen og igen.

Den grundlæggende idé er, at vi bruger tre ting: fluorcarbonet, en siliciumbaseret brintkilde og en katalysator, der medierer mellem de to for at erstatte fluoren i fluorcarbonen med brint, siger Ozerov. Den aktive del af katalysatoren er en positivt ladet siliciumforbindelse, der starter reaktionen ved at rive fluoren ud af fluorcarbonbindingen.

At få en fluor flået ud, forklarer Ozerov, får det tidligere fluorcarbon til at trække et brintmolekyle ud af det siliciumbaserede materiale. At miste en brint omdanner til gengæld det siliciumbaserede materiale til en anden forekomst af katalysatoren, så reaktionen kan fortsætte.

For at få den indledende katalysator til at virke, var Ozerov og hans kollega Christos Douvris nødt til at stabilisere den ved at samarbejde med en meget ikke-reaktiv, negativt ladet ion, der ville forstyrre så lidt som muligt med målreaktionen.

Reaktionens slutprodukter, carbonhydrider og fluorsilaner, har ikke drivhusgasegenskaber og er lettere at bortskaffe end fluorcarboner.

Ozerov og Douvris prøvede deres katalytiske metode på tre fluorcarbon-testsubstrater. I hvert tilfælde var de i stand til at få næsten alt materialet til at reagere; ét substrat tog kun seks timer at nedbryde fuldstændigt ved kun 25 °C.

Robin Perutz , en katalysatorekspert ved University of York, i U.K., siger, at Ozerov og Douvris's metode er en imponerende opdagelse. Det er virkelig vigtigt at omdanne problematiske fluorcarboner til noget temmelig harmløst, og i øjeblikket kan dette kun gøres ved ekstrem høj temperatur kemi. Disse fyre har sagt, at vi kan gøre utroligt meget bare ved stuetemperatur, og det er et stort skridt i retning af at slippe af med flere uønskede fluorcarboner.

Der er dog et par udfordringer, der skal tages op, før katalysatoren kan bruges til at rense fluorcarboner i stor skala. Til at begynde med skulle der findes billigere kilder til de siliciumbaserede reagenser, siger Ozerov.

Véronique Garny, direktør for Fluorinated Chemicals Groups ved European Chemical Industry Council , siger, at selv da kan det være svært for katalysatorteknikken at slå de etablerede metoder. Fluorosilaner, erkender Ozerov, har en vis toksicitet - selvom han siger, at de nemt kan behandles yderligere. Men ifølge Garny er de eksisterende teknikker enklere, har fuldstændig ugiftige slutprodukter og fungerer fint med stærkt forurenede udgangsmaterialer, noget som Ozerovs proces stadig mangler at vise.

Garny ser mere potentiale for katalysatormetoden i at angribe faste og flydende fluorcarboner, der forurener land og vand. Perutz påpeger dog, at disse forurenende stoffer ofte er særligt svære at nedbryde, fordi de er ekstra rige på stærke fluor-kulstofbindinger. Ozerov og Douvris har endnu ikke testet deres metode mod sådanne genstridige fluorcarboner.

Teknikken har stadig et stykke vej igen, før den kan bruges bredt, siger Perutz. Men det er bestemt et meget lovende skridt med et stort potentiale.

skjule