طور باحثون من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا طريقة جديدة لإنتاج مادة خام كيميائية مستخدمة على نطاق واسع. حيث ظهرت في الورقة البحثية لمجلة Science. دراسة تصف مختبر “مانثيرام” تطوير محفز لإنتاج مادة خام كيميائية مستخدمة على نطاق واسع دون المواد الكيميائية السامة والخطرة اللازمة عادة لإنتاجها.
أكسيد البروبيلين
إن المادة الخام الكيميائية، أكسيد البروبيلين، عبارة عن مركب عضوي يستخدم في مجموعة متنوعة من التطبيقات. بما في ذلك تصنيع الرغاوي والبلاستيك والمواد المضادة للتجمد، وكذلك للتطهير والتعقيم. تقليديا، يتم إنتاج أكسيد البروبيلين عن طريق تفاعل البروبيلين مع حمض هيبوكلوروس أو بيروكسيد الهيدروجين. لكل منها أضراره.
نتائج اتصال بيروكسيد الهيدروجين مع المركبات العضوية
يقول “مانثيرام”: مع حمض هيبوكلوروس، ينتهي بك الأمر إلى منتج جانبي من الكلوريد يتم تصريفه في البيئة. ولهذا السبب، يتم منح تصاريح أقل فأقل للسماح للنباتات التي تستخدم عملية حمض هيبوكلوروس”. “لقد أجبر ذلك الناس على التحول نحو العمليات القائمة على البيروكسيد، ولكن لديك هذا التحدي الكبير للسلامة. في أي وقت يكون فيه بيروكسيد الهيدروجين على اتصال مع المركبات العضوية، هناك خطر يلوح في الأفق من الانفجارات”.
الهدف من التطوير
كان هدف المجموعة هو تطوير طريقة آمنة لإنتاج أكسيد البروبيلين لا تنتج أي تفريغ بيئي أو لها بصمة كربونية كبيرة.
يقول مانثيرام:” إن الفريق بدأ بالبحث عن محفز قادر على إنتاج أكسيد البروبيلين باستخدام ذرة الأكسجين الموجودة في جزيء الماء. والمنتج الجانبي الوحيد هو غاز الهيدروجين، الذي يمكن استخدامه كوقود أو في تصنيع مواد كيميائية أخرى.
وأضاف: “كانت الفرضية بأكملها هي أن المياه آمنة”. “إنه لا يمثل خطرًا جوهريًا على السلامة، ولا يوجد منتج جانبي ضار بيئيًا من هذه العملية.
المحفزات
ضاقت المجموعة في اثنين من المحفزات: أكسيد البلاتين وأكسيد البلاديوم. قام كلاهما برد الفعل الذي أراده الفريق. ولكن ليس بشكل جيد بما يكفي ليكون مفيدًا. أنتج أكسيد البلاتين أكسيد البروبيلين بمعدلات عالية، ولكن بشكل فوضوي. مما أدى إلى ظهور العديد من المنتجات الجانبية غير المرغوب فيها. في المقابل، أنتج أكسيد البلاديوم أكسيد البروبيلين مع عدد أقل من المنتجات الجانبية، لكنه فعل ذلك ببطء شديد.
عامل محفز
يقول مينجو تشونغ، المؤلف الرئيسي وطالب الدراسات العليا السابق في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT PhD ’23). والآن زميل ما بعد الدكتوراه في معهد جورجيا للتكنولوجيا: “إن وضع الاثنين معًا انتهى في الواقع إلى حل المشكلة”. “ثم أمضينا الكثير من الوقت في فهم سبب نجاح هذا الخليط بشكل أفضل. وهذا ليس تفسيرًا مباشرًا”.
باستخدام التحليل الطيفي لامتصاص الأشعة السينية (وهي تقنية يمكنها الكشف عن التركيب الذري والإلكتروني للمواد عن طريق قصفها بالأشعة السينية). قرر الباحثون أنه في خليط من أكسيد البلاتين وأكسيد البلاديوم، يوجد البلاتين في حالة تجعله إنه محفز أكثر كفاءة.
وباستخدام المحفز الجديد، أصبح معدل إنتاج أكسيد البروبيلين أعلى بعشر مرات مما تم تحقيقه سابقًا، كما زادت الكفاءة بنسبة 13 بالمائة.
يقول مانثيرام إن الأبحاث المستقبلية ستركز على اختبار المحفز لمعرفة كيف يمكن أخذه من المختبر إلى البيئات الصناعية. سيتطلب ذلك تحليلات تدرس المدة التي يستمر فيها المحفز قبل أن يتحلل، ومدى جودة أدائه على نطاقات أكبر، بالإضافة إلى تطوير عملية لإزالة أكسيد البروبيلين من النظام أثناء إنتاجه.
ويقول: “لقد حان الوقت لتخريج هذه المادة من سياق العلوم الأساسية هذا”. “سيكون هذا بمثابة تنوير لنا حقًا لأنه سيُظهر لنا ما هي الأشياء التالية التي يجب علينا القيام بها.
اقرأ أيضا:
المرأة السعودية والسباق نحو الريادة..الأرقام تتحدث