13.01.2021 - Rice University

El reactor de los ingenieros de Rice convierte el gas directamente en ácido acético

Un nuevo y dulce proceso está haciendo que el agrio sea más práctico

Los ingenieros de la Universidad de Rice están convirtiendo el monóxido de carbono directamente en ácido acético -el agente químico ampliamente utilizado que le da al vinagre su sabor- con un reactor catalítico continuo que puede utilizar la electricidad renovable de manera eficiente para obtener un producto altamente purificado.

El proceso electroquímico de los laboratorios de los ingenieros químicos y biomoleculares Haotian Wang y Thomas Senftle de la Escuela de Ingeniería Brown de Rice resuelve los problemas de los intentos anteriores de reducir el monóxido de carbono (CO) en ácido acético. Esos procesos requerían pasos adicionales para purificar el producto.

El reactor ecológico utiliza cubos de cobre a nanoescala como catalizador primario junto con un electrolito de estado sólido único.

En 150 horas de funcionamiento continuo en el laboratorio, el dispositivo produjo una solución que contenía hasta un 2% de ácido acético en el agua. El componente ácido era hasta un 98% puro, mucho mejor que el producido por los intentos anteriores de catalizar el CO en combustible líquido.

Los detalles aparecen en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias.

Junto con el vinagre y otros alimentos, el ácido acético se utiliza como antiséptico en aplicaciones médicas; como disolvente para tinta, pintura y revestimientos; y en la producción de acetato de vinilo, un precursor de la cola blanca común.

El proceso del arroz se basa en el reactor del laboratorio de Wang para producir ácido fórmico a partir del dióxido de carbono (CO2). Esa investigación estableció una importante fundación para que Wang, recientemente nombrado un Packard Fellow, ganara una subvención de 2 millones de dólares de la Fundación Nacional de Ciencias (NSF) para continuar explorando la conversión de los gases de efecto invernadero en combustibles líquidos.

"Estamos mejorando el producto de un químico de un carbono, el ácido fórmico, a dos carbono, lo cual es más desafiante", dijo Wang. "La gente tradicionalmente produce ácido acético en electrolitos líquidos, pero todavía tienen el problema del bajo rendimiento así como de la separación del producto del electrolito".

"El ácido acético no suele ser sintetizado, por supuesto, a partir de CO o CO2", añadió Senftle. "Esa es la clave aquí: Estamos tomando los gases de desecho que queremos mitigar y convirtiéndolos en un producto útil."

Fue necesario un cuidadoso acoplamiento entre el catalizador de cobre y el electrolito sólido, este último arrastrado desde el reactor de ácido fórmico. "A veces el cobre produce productos químicos por dos vías diferentes", dijo Wang. "Puede reducir el CO en ácido acético y alcoholes. Diseñamos cubos de cobre dominados por una faceta que puede ayudar a este acoplamiento carbono-carbono, con bordes que dirigen el acoplamiento carbono-carbono hacia el ácido acético en lugar de otros productos".

Los modelos computacionales de Senftle y su equipo ayudaron a refinar el factor de forma de los cubos. "Pudimos mostrar que hay tipos de bordes en el cubo, básicamente superficies más onduladas, que facilitan la ruptura de ciertos enlaces C-O que dirigen los productos de una manera u otra", dijo. "Tener más sitios de borde favorece la ruptura de los enlaces correctos en el momento adecuado".

Senftle dijo que el proyecto era una gran demostración de cómo la teoría y el experimento deberían encajar. "Es un buen ejemplo de ingeniería en muchos niveles, desde la integración de los componentes en un reactor hasta el mecanismo a nivel atomístico", dijo. "Encaja con los temas de la nanotecnología molecular, mostrando cómo podemos escalarlo a dispositivos del mundo real".

El siguiente paso en el desarrollo de un sistema escalable es mejorar la estabilidad del sistema y reducir aún más la cantidad de energía que el proceso requiere, dijo Wang.

Los estudiantes graduados de Rice, Peng Zhu y Chun-Yen Liu y Chuan Xia, el becario postdoctoral J. Evans Attwell-Welch, son co-autores del trabajo. Los coautores son el investigador científico de Rice Guanhui Gao, el investigador posdoctoral Xiao Zhang y el estudiante graduado Yang Xia; el ex investigador posdoctoral de Rice Kun Jiang de la Universidad Jiao Tong de Shanghai (China); y el estudiante graduado Yongjiu Lei y Husam Alshareef, profesor de ciencia e ingeniería de materiales, de la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah (Arabia Saudita). Wang y Senftle son profesores adjuntos de ingeniería química y biomolecular.

La NSF y el Programa Global de Becarios Azrieli de CIFAR apoyaron la investigación.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

Hechos, antecedentes, expedientes
  • carbono