طريقة تمكن الناس في المنازل والمستشفيات من إنتاج بيروكسيد
الهيدروجين
تاريخ: 1 مايو 2020
مصدر: جامعة كاليفورنيا - سان دييغو
ملخص:
طور فريق من الباحثين طريقة محمولة متنقلة وملائمة
للبيئة لإنتاج بيروكسيد الهيدروجين. يمكن أن تمكن المستشفيات من انتاج المطهر عند الطلب
وبتكلفة أقل.
طور فريق من الباحثين طريقة محمولة ومتنقلة وأكثر
صداقة للبيئة لإنتاج بيروكسيد الهيدروجين. يمكن أن تمكن المستشفيات من توفير إمداداتها
من المطهر عند الطلب وبتكلفة أقل.
العمل ، وهو تعاون بين جامعة كاليفورنيا في سان دييغو
، وجامعة كولومبيا ، ومختبر بروكهافن الوطني ، وجامعة كالغاري ، وجامعة كاليفورنيا
، إيرفين ، مفصل في ورقة منشورة في Nature
Communications.
تصدر بيروكسيد
الهيدروجين عناوين الصحف في الآونة الأخيرة حيث يختبر الباحثون والمراكز الطبية في
جميع أنحاء البلاد قابليه استخدام بخار بيروكسيد الهيدروجين لتطهير
أقنعة N95 وللتعامل مع النقص في انتاج بيروكسيد
الهيدروجين وسط جائحة COVID-19
في حين أن النتائج حتى الآن واعدة ، فإن بعض الباحثين
قلقون من أن العمر الافتراضي السيئ للمادة الكيميائية يمكن أن يجعل جهود إزالة التلوث
هذه مكلفة.
المشكلة الرئيسية هي أن بيروكسيد الهيدروجين غير
مستقر. يبدأ في التحلل إلى الماء والأكسجين حتى قبل فتح الزجاجة. ينهار بسرعة أكبر
بمجرد تعرضه للهواء أو الضوء.
قال تشنغ تشين ، أستاذ الهندسة النانوية بجامعة كاليفورنيا
سان دييغو: "ربما يكون لديك بضعة أشهر فقط لاستخدامه قبل انتهاء صلاحيته ، لذا
سيتعين عليك طلب دفعات بشكل أكثر تكرارًا للحفاظ على إمدادات جديدة". "ولأنه
يتحلل بسرعة كبيرة ، فإن شحنه وتخزينه يصبح مكلفًا للغاية."
طور تشين وزملاؤه طريقة سريعة وبسيطة وغير مكلفة
لتوليد بيروكسيد الهيدروجين في المنزل باستخدام قارورة صغيرة ، والهواء ، وإلكتروليت
جاهز ، ومحفز وكهرباء.
وقال تشن: "هدفنا هو إنشاء جهاز محمول يمكن
توصيله ببساطة حتى تتاح للمستشفيات ، وحتى المنازل ، طريقة لتوليد بيروكسيد الهيدروجين
عند الطلب". "لا حاجة لشحنها ، ولا حاجة لتخزينها ، ولا تتسرع في استخدامها
كلها قبل انتهاء صلاحيتها. يمكن أن يوفر ذلك ما يصل إلى 50 إلى 70٪ من التكاليف."
ميزة أخرى هي أن الطريقة أقل سمية من العمليات الصناعية.
تعتمد الطريقة على تفاعل كيميائي حيث يتحد جزيء واحد
من الأكسجين مع إلكترونين وبروتونين في محلول إلكتروليت حمضي لإنتاج بيروكسيد الهيدروجين.
يُعرف هذا النوع من التفاعل باسم تفاعل اختزال الأكسجين ثنائي الإلكترون ، وهو سهل
الاستخدام لأنه يمكن أن ينتج بيروكسيد الهيدروجين المخفف بالتركيز المطلوب عند الطلب.
قال Qiaowan Chang خريج الهندسة الكيميائية في جامعة كاليفورنيا سان دييغو:
"في الخطوة التالية ، سنقوم بتطوير محفزات كهربائية مناسبة لحلول المنحل بالكهرباء
الأخرى لزيادة نطاق تطبيقاتها".
مفتاح تحقيق هذا التفاعل هو محفز خاص طوره الفريق.
وهي تتكون من أنابيب نانوية كربونية مؤكسدة جزئيًا ، مما يعني أن ذرات الأكسجين قد
تم ربطها بالسطح. ترتبط ذرات الأكسجين بمجموعات صغيرة من ثلاث إلى أربع ذرات بالاديوم.
هذه الروابط بين مجموعات البلاديوم وذرات الأكسجين هي التي تمكن التفاعل من الحدوث
والانتقائية العالية بسبب طاقة الربط المثلى للوسيطة الرئيسية أثناء التفاعل.
وقال أستاذ الهندسة الكيميائية بجامعة كولومبيا جينغقوانغ
تشين "إن التنسيق بين مجموعة Pd المعدلة بالأكسجين والمجموعات الوظيفية المحتوية على الأكسجين
على الأنابيب النانوية الكربونية هو المفتاح لتحسين أدائها الحفاز".
طور الفريق في الأصل هذه الطريقة لجعل عمليات إعادة
تدوير البطارية أكثر مراعاة للبيئة. بيروكسيد الهيدروجين هو أحد المواد الكيميائية
المستخدمة لاستخراج واستعادة المعادن مثل النحاس والنيكل والكوبالت والمغنيسيوم من
بطاريات أيونات الليثيوم المستخدمة. وبالمثل ، فإنه يجعل تنشيط جزيئات الهيدروكربون
أكثر كفاءة ، وهو خطوة حاسمة في العديد من العمليات الكيميائية الصناعية.
وقال تشين "كنا نعمل في هذا المشروع لمدة عام
ونصف تقريبا. وبينما كنا ننهي الأمور ، ضرب جائحة COVID-19". رؤية التقارير الإخبارية
حول استخدام بخار بيروكسيد الهيدروجين لتطهير أقنعة N95 لإعادة الاستخدام حفز الفريق على
العمل السريع.
وقال "رأينا أن هناك حاجة أكثر إلحاحا لبذل
جهود لمساعدة العاملين في مجال الرعاية الصحية الذين قد لا يكون لديهم حماية كافية
أثناء رعاية المرضى الذين يعانون من فيروس كورونا الجديد".
العمل في مرحلة إثبات المفهوم. بالمضي قدمًا ، سيعمل
الفريق على تحسين طريقة الاستخدام المحتمل في المستشفيات. وقال تشين إن الدراسات المستقبلية
تتضمن تعديل الطريقة بحيث يمكن إجراؤها باستخدام إلكتروليت محايد (في الأساس محلول
ملحي) بدلاً من محلول حامضي ، والذي سيكون أفضل للتطبيقات المنزلية والسريرية. جزء
من هذا العمل المستمر مدعوم حاليًا بمركز الطاقة والطاقة المستدام في جامعة كاليفورنيا
في سان دييغو.
المصادر
- Materials provided by University of California - San Diego. Original written by Liezel Labios. Note: Content may be edited for style and length.
- Qiaowan Chang, Pu Zhang, Amir Hassan Bagherzadeh Mostaghimi, Xueru Zhao, Steven R. Denny, Ji Hoon Lee, Hongpeng Gao, Ying Zhang, Huolin L. Xin, Samira Siahrostami, Jingguang G. Chen, Zheng Chen. Promoting H2O2 production via 2-electron oxygen reduction by coordinating partially oxidized Pd with defect carbon. Nature Communications, 2020; 11 (1) DOI: 10.1038/s41467-020-15843-3
اعداد: علي ثاير النعيمي
Comments
Post a Comment