Naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej PAN mają nowy sposób na nadtlenek wodoru

Naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej PAN mają nowy sposób na nadtlenek wodoru
Pixabay / @ GDJ

Zapotrzebowanie na energię elektryczną rośnie z roku na rok. Jednym ze sposobów rozwiązania tego problemu jest produkcja energii ze związków chemicznych z minimalnym wpływem na środowisko naturalne. Przykładem może być nadtlenek wodoru (H2O2). Naukowcy z IChF PAN zaprezentowali wyniki badań reakcji generowania nadtlenku wodoru na granicy faz niemieszających się rozpuszczalników.

Rosnące w zawrotnym tempie zapotrzebowanie na energię, ograniczone zasoby paliw kopalnych i zanieczyszczenia spowodowane przez przemysł energetyczny stawiają naukowcom wyzwania takie jak poszukiwanie nowych, opłacalnych i ekologicznych rozwiązań do produkcji energii. Spośród różnych metod produkcji energii, wykorzystanie elektrochemicznych metod wytwarzania związków chemicznych na pierwszy rzut oka nie wydaje się mieć ogromnego potencjału do zastosowania w sektorze energetycznym – czytamy w komunikacie Instytutu Chemii Fizycznej PAN.

Jednym z obiecujących związków jest jednak cząsteczka nadtlenku wodoru (H2O2) o silnych właściwościach utleniających i wybielających. Dostępna niemal wszędzie w stosunkowo niskich stężeniach – np. 3-6% – H2O2 wykorzystywana była głównie do zastosowań antyseptycznych takich jak dezynfekcja skóry. Pomimo, że obecnie nie zaleca się używania H2O2 do przemywania skaleczeń, związek cieszy się ogromną popularnością. Nadal jest szeroko stosowany w przemyśle celulozowym, papierniczym i tekstylnym jako środek utleniający oraz jako bezzapachowy substytut chloru w oczyszczaniu ścieków i wody pitnej.

Jest też stosowany jako jedno z paliw napędzających rakiety, satelity i torpedy. Może być również wykorzystany jako paliwo lub utleniacz do ogniw paliwowych, chociaż jego masowa produkcja jest daleka od zrównoważonej i ekologicznej. Wymaga ona wielu chemikaliów szkodliwych dla zdrowia i środowiska naturalnego. Dlatego też poszukuje się nowych metod wytwarzania H2O2.

tłumaczy IChF PAN

Ostatnio, naukowcy z tego Instytutu pod kierunkiem prof. Marcina Opałło we współpracy z prof. Hubertem H. Girault z Politechniki w Lozannie Ecole Polytechnique Federale de Lausanne przedstawili szczegółowe badania nad wytwarzaniem nadtlenku wodoru poprzez redukcję ditlenu na granicy dwóch niemieszających się cieczy.

Pierwsza z nich to wodny roztwór kwasu, a druga to niemieszająca się z wodą ciecz składająca się wyłącznie z jonów, tzw. ciecz jonowa. Badacze porównali swoje dane z tymi uzyskanymi na granicy faz z rozpuszczalnikami molekularnymi o znacznie mniejszej lepkości, a uzyskane wyniki stanowią znaczącą część pracy doktorskiej pierwszej autorki publikacji, obecnie dr Justyny Kalisz.

Naukowcy wskazali, że badanie wpływu rozpuszczalnika na wydajność reakcji może pomóc w lepszym poznaniu mechanizmu wytwarzania H2O2. Porównując dane dla granic faz ciecz-ciecz wytworzonych z udziałem trzynastu cieczy jonowych i trzech rozpuszczalników molekularnych o lepkości różniącej się o trzy rzędy wielkości doszli do wniosku, że to nie transport reagentów, ale kinetyka redukcji ditlenu limituje szybkość reakcji. Odkryli również, że kierunek międzyfazowego ruchu jonów towarzyszącego przeniesieniu elektronów z donora rozpuszczonego w fazie olejowej jest inny w przypadku cieczy jonowych i rozpuszczalników molekularnych.

informuje IChF PAN

W tej pracy wykazaliśmy, że rodzaj cieczy jonowej wpływa na szybkość redukcji O2 do H2O2 na granicy faz olej-woda. Wytwarzanie H2O2 jest bardziej wydajne, gdy ciecz jonowa zawiera mniej hydrofobowe kationy. Pokazaliśmy również, że zastosowanie pasty przygotowanej z proszku węglowego i cieczy jonowej jako fazy olejowej pozwala na elektrochemiczną regenerację donora elektronów co zwiększa wydajność reakcji międzyfazowej.

twierdzi prof. Opałło, cytowany w komunikacie

Generowanie nadtlenku wodoru badano za pomocą skaningowej mikroskopii elektrochemicznej (SECM). Technika ta pozwala na określenie lokalnego stężenia produktu elektroaktywnego reakcji zachodzącej na granicy faz, w tym przypadku H2O2. W tej metodzie rejestrowany jest prąd elektroutleniania H2O2 na elektrodzie o średnicy dziesiątek mikronów poruszającej się prostopadle do granicy faz. Wydajność reakcji szacowano na podstawie zależności prądu od odległości od granicy faz ciecz-ciecz.

Na podstawie danych SECM stwierdziliśmy, że proces jest kontrolowany przez kinetykę reakcji redukcji tlenu. Co ważne, duża lepkość cieczy jonowych pozwala na zastosowanie pasty przygotowanej z proszku węglowego i cieczy jonowej jako fazy olejowej do elektrochemicznej regeneracji donora elektronów w celu zwiększenia wydajności reakcji międzyfazowej.

zauważa Prof. Opałło

Badanie opisane w czasopiśmie ChemPhysChem (DOI: 10.1002/cphc.202100219) ujawnia złożoność reakcji na granicy faz ciecz-ciecz. W przeciwieństwie do granicy faz elektroda-roztwór badany układ jest samoregenerujący i trudno go zanieczyścić. Choć do komercyjnego zastosowania granicy faz ciecz-ciecz do wytwarzania chemikaliów jest wciąż daleka droga, to może mieć ono świetlaną przyszłość – przewidują specjaliści IChF PAN.

Badania były realizowane w ramach grantu szwajcarskiego “Electrocatalysis at Droplets”.

źródło: naukawpolsce.pap.pl

Rodzaje OZE czyli odnawialnych źródeł energii

Energia słoneczna

Energia słoneczna
Energia słoneczna to główne źródło energii na Ziemi, dzięki któremu rośliny zielone produkują biomasę. Energetyka słoneczna to gałąź przemysłu zajmująca się wykorzystaniem energii promieniowania słonecznego zaliczanej do odnawialnych źródeł energii.

Energia wodna

Energia wodna
Energia wodna to wykorzystywana gospodarczo energia mechaniczna płynącej wody. Wykorzystanie energii wodnej polega na spiętrzeniu wody, a następnie przetworzeniu energii spadających wód w energię mechaniczną lub elektryczną.

Energia wiatru

Energia wiatru
Energia wiatru to energia kinetyczna przemieszczających się mas powietrza, zaliczana do odnawialnych źródeł energii. Jest przekształcana w energię elektryczną za pomocą turbin wiatrowych, jak również wykorzystywana jako energia mechaniczna w wiatrakach i pompach wiatrowych, oraz jako źródło napędu w jachtach żaglowych.

Energia geotermalna

Energia geotermalna
Energia geotermalna (energia geotermiczna, geotermia) to energia cieplna skał, wody i gruntu pod powierzchnią Ziemi, zaliczana do odnawialnych źródeł energii. Ciepło to powstaje w wyniku zachodzących we wnętrzu Ziemi reakcji jądrowych i termochemicznych.

Energia prądów morskich, pływów i falowania

Energia prądów morskich, pływów i falowania
Jednym ze źródeł energii odnawialnej jest energia związana z ruchami wody morskiej: falowaniem (wiatrowym i sejsmicznym), pływami (przypływy i odpływy) i prądami morskimi. Moc prądów morskich jest oceniana na 7 TW. Jest to prawie dwa razy więcej niż moc możliwa do otrzymania ze spadku wód śródlądowych.

Energia cieplna oceanu

Energia cieplna oceanu
Energia cieplna oceanu (Thermal Energy Conversion OTEC) to technologia mająca pozwolić odzyskiwać energię cieplną zgromadzoną w wodach oceanów, a dokładnie wykorzystać różnicę temperatur między chłodniejszymi wodami z głębin a cieplejszymi z wód powierzchniowych.

Biomasa

Biomasa
Biomasa oznacza ulegającą biodegradacji frakcję produktów, odpadów i pozostałości z produkcji rolnej (substancji pochodzenia roślinnego i zwierzęcego), leśnej i powiązanych gałęzi przemysłu, w tym rybołówstwa i akwakultury, a także biogazy i ulegającą biodegradacji frakcję odpadów przemysłowych i komunalnych.

Biopaliwo

Biopaliwo
Biopaliwo to paliwo wyprodukowane z biomasy. Różnego rodzaju biopaliw jest mnóstwo i występują one w formie gazowej, ciekłej i stałej. Ponieważ biomasa jest odnawialnym źródłem energii, można uważać biopaliwo jako nośnik energii odnawialnej.

Biogaz

Biogaz
Biogaz to gaz powstający z przetworzenia organicznych związków zawartych w biomasie. Jest źródłem wtórnym powstającym z przetworzenia biomasy przy wykorzystaniu różnych procesów. Biogaz może zostać oczyszczony do bio-metanu, aby spełniał standardy jakości gazu ziemnego. Może zostać sprężony i wykorzystywany jako paliwo CNG.

Odnawialne źródła energii

Definicja, wady i zalety odnawialnych źródeł energii
Odnawialne źródła energii (OZE) to źródła energii, których wykorzystywanie nie wiąże się z długotrwałym ich deficytem, ponieważ zasób tych źródeł odnawia się w krótkim czasie. Źródłami takimi są wiatr, promieniowanie słoneczne, opady, pływy morskie, fale morskie i geotermia.

Zostaw proszę komentarz

Przewiń do góry
X