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Los ingenieros de la Universidad Rice están convirtiendo directamente el monóxido de carbono en ácido acético (un producto químico ampliamente utilizado que le da al vinagre un sabor fuerte) a través de un reactor catalítico continuo, que puede utilizar eficientemente electricidad renovable para producir productos altamente purificados.
El proceso electroquímico en el laboratorio de ingenieros químicos y biomoleculares de la Escuela de Ingeniería Brown de la Universidad Rice ha resuelto el problema de los intentos previos de reducir el monóxido de carbono (CO) a ácido acético. Estos procesos requieren pasos adicionales para purificar el producto.
El reactor respetuoso con el medio ambiente utiliza cobre cúbico nanométrico como catalizador principal y un electrolito sólido único.
Tras 150 horas de funcionamiento continuo en el laboratorio, el contenido de ácido acético en la solución acuosa producida por este equipo alcanzó el 2 %. La pureza del componente ácido alcanza el 98 %, muy superior a la del componente ácido producido en los primeros intentos de convertir catalíticamente el monóxido de carbono en combustible líquido.
El ácido acético se utiliza como conservante en aplicaciones médicas, junto con el vinagre y otros alimentos. Se utiliza como disolvente para tintas, pinturas y recubrimientos; en la producción de acetato de vinilo, este es el precursor de la cola blanca común.
El proceso Rice se basa en un reactor en el laboratorio de Wang y produce ácido fórmico a partir de dióxido de carbono (CO₂). Esta investigación sentó una base importante para Wang (recientemente nombrado becario Packard), quien recibió una subvención de 2 millones de dólares de la Fundación Nacional de la Ciencia (NSF) para continuar explorando maneras de convertir los gases de efecto invernadero en combustibles líquidos.
Wang afirmó: «Estamos actualizando nuestros productos, pasando de ácido fórmico, una sustancia química de un carbono, a una de dos carbonos, lo cual presenta un mayor desafío». «Tradicionalmente, el ácido acético se produce en electrolitos líquidos, pero aún presenta un rendimiento deficiente y los productos presentan el problema de la separación de electrolitos».
Senftle añadió: «Por supuesto, el ácido acético no suele sintetizarse a partir de CO o CO2». «De eso se trata: absorbemos los gases residuales que queremos reducir y los transformamos en productos útiles».
Se realizó un acoplamiento cuidadoso entre el catalizador de cobre y el electrolito sólido, el cual se transfirió desde el reactor de ácido fórmico. Wang comentó: «A veces, el cobre produce sustancias químicas por dos vías diferentes». «Puede reducir el monóxido de carbono a ácido acético y alcohol. Diseñamos un cubo con una cara que controla el acoplamiento carbono-carbono, y las aristas de dicho acoplamiento producen ácido acético en lugar de otros productos».
El modelo computacional de Senftle y su equipo ayudó a refinar la forma del cubo. Dijo: «Podemos mostrar el tipo de aristas del cubo, que son básicamente superficies más corrugadas. Ayudan a romper ciertas claves de CO, de modo que el producto pueda manipularse de una forma u otra». Un mayor número de aristas ayuda a romper el enlace correcto en el momento oportuno.
Senftler afirmó que el proyecto es una buena demostración de cómo deben conectarse la teoría y la experimentación. Añadió: «Desde la integración de componentes en el reactor hasta el mecanismo a nivel atómico, este es un buen ejemplo de los múltiples niveles de la ingeniería». «Se ajusta al tema de la nanotecnología molecular y demuestra cómo podemos extenderla a dispositivos del mundo real».
Wang dijo que el siguiente paso en el desarrollo de un sistema escalable es mejorar la estabilidad del sistema y reducir aún más la energía requerida para el proceso.
Los estudiantes de posgrado de la Universidad Rice Zhu Peng, Liu Chunyan y Xia Chuan, J. Evans Attwell-Welch, investigador postdoctoral, es el principal responsable del artículo.
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